屈曲约束支撑半刚接钢框架抗倒塌性能研究

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梁柱半刚性连接使结构在延性、耗能能力方面表现优越,具有较好的抗震性能,但是采用半刚性节点的结构体系抗侧刚度较低、侧移较大,因此研究人员提出在半刚接框架结构中加入支撑的方法对结构体系进行改进。屈曲约束支撑(Buckling restrained brace,BRB)具有近乎相同的拉压受力性能,相较于普通支撑优势明显,将其应用到半刚接结构中既可以发挥半刚性节点的优点,同时可以提高结构体系的抗侧刚度。但目前研究中使用普通支撑较多,对于BRB半刚接结构在倒塌方面的研究较少。因此,本文对BRB半刚接钢框架抗倒塌性能进行了研究。向量式有限元(Vector Form Intrinsic Finite Element,VFIVE)将连续结构构件离散为保留其原有性质及状态的基本“计算载体”—质点,并通过经典的力与运动关系—牛顿第二定律描述结构的变形,在处理涉及大变形、倒塌等强非线性问题方面具有明显的优势。有鉴于此,本文基于该方法对结构抗倒塌性能进行研究,主要研究内容如下:(1)介绍了VFIVE的理论和计算方法,阐述在VFIVE理论下实现对半刚接节点和BRB进行模拟的方法,建立相应的分析模型。采用MATLAB编制程序,通过对比所编程序和现有分析软件的计算结果,验证了程序的正确性。(2)采用瞬时卸载法拆除构件进行剩余结构在竖向荷载下的响应分析;保持节点刚度不变研究底层失效柱位置、BRB刚度对剩余结构动力响应的影响;控制BRB刚度不变,变换半刚接节点的转动刚度,研究节点刚度变化对于剩余结构的影响。研究表明半刚接转动刚度的变化会影响支撑作用的发挥,BRB的存在对半刚接钢框架内力重分布和抗竖向连续倒塌能力有较明显的提升。(3)对一组具有不同支撑刚度的结构受地震作用时进行动力时程分析,通过结构最大层间位移角、支撑滞回状态、顶点位移时程等指标,分析支撑刚度变化对结构在水平地震作用下响应的影响,给出支撑性能发挥较优的刚度选取范围。选取适合文中算例的支撑刚度,对结构模型进行增量动力分析,通过对比评价指标可知,BRB半刚接结构具有较好的抗地震倒塌性能。(4)采用基于VFIVE理论建立的简化断裂模式和准则,对设置及未设置BRB的半刚接钢框架结构进行竖向连续倒塌和水平地震作用倒塌的过程模拟,分析结果表明设置BRB的半刚接钢框架动力响应降低,具有较高的抗倒塌能力。
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