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钢框架抗震性能的有限元分析

刘朝科  
【摘要】:钢结构框架长期以来一直被认为具有良好的抗震性能,在多高层建筑中应用十分广泛。然而 1994 年发生在美国的北岭地震和 1995 年日本阪神地震中,钢结构框架发生了严重的破坏。工程界围绕钢结构抗震的问题开展了广泛的试验和理论研究,成为近年来的热门研究课题之一。虽然国内外对钢结构框架抗震性能开展了广泛的研究,但仍然存在许多问题,如研究主要集中在构件和节点的研究上。本文在已有研究成果的基础上,借鉴部分学者的研究方法,采用非线性有限元法对整体框架的抗震性能进行分析。 本文在将考虑几何非线性和材料非线性的有限元程序计算结果与试验结果对比后,对刚性连接框架进行了全面的有限元模拟,分析了框架在循环荷载作用下的受力性能、破坏机理和抗震性能,在此基础上提出了钢框架的破坏形式,为工程设计提供了理论依据。有限元分析中考虑了轴压比、梁的高度、梁的跨度、层高等参数对钢框架抗震性能的影响,主要得出以下结论:(1)对刚性连接框架,梁翼缘焊缝是决定其延性、极限承载能力的主要因素;(2)随着柱的轴压比增大,轴压比将是决定其延性、极限承载能力主要的因素;(3)随着梁高度的增大,刚度和承载力增加显著,但延性和耗能能力降低也显著,很容易发生脆断。(4)随着跨度的增大,刚度和承载能力有所降低,而塑性变形能力和耗能能力有所提高,但不显著;(5)随着层高的增大,钢框架的刚度和承载力有所降低,延性和耗能能力提高,但不显著。 本文所建立的有限元模型考虑问题全面、精度较高,能够真实地模拟刚性连接框架在循环荷载作用下的破坏行为。本文研究的内容比较系统,根据研究结果提出的结论及建议对于指导工程设计具有重要的参考价值,为进一步研究刚性连接框架的抗震性能打下了良好的基础。


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