钢支撑滞回曲线的模拟方法_刘庆志VIP专享VIP免费

第41卷第8期2011年8月建筑结构BuildingStructureVol．41No．8Aug．2011钢支撑滞回曲线的模拟方法*刘庆志，赵作周，陆新征，钱稼茹(清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084)［摘要］钢支撑滞回曲线主要有三种模拟方法:现象描述法、有限元法和塑性铰法。在分析了各模拟方法优劣的基础上，提出一种新型的基于现象描述法的支撑模型。该模型通过一系列控制参数来包络钢支撑复杂的滞回曲线，并根据已有的同类型支撑试验结果标定控制参数。研究表明，该模型具有较高的模拟精度及计算效率，解决了早期基于现象描述法支撑模型模拟结果较为粗糙的问题。此外，为研究通用性更高的支撑模型，还提出了一种纤维支撑模型。该模型在跨中引入初始几何缺陷以模拟钢支撑的屈曲及屈曲后滞回特性，模型参数仅涉及支撑的几何及材料特性而易于确定。分析表明，该模型能满足多尺度整体结构分析的精度要求。两种模拟方法可应用于带支撑结构的地震反应分析和设计。［关键词］钢支撑;滞回曲线;现象描述法;纤维模型;塑性铰法中图分类号:TU391文献标识码:A文章编号:1002-848X(2011)08-0063-05SimulationmethodsforhystereticcurveofsteelbracesLiuQingzhi，ZhaoZuozhou，LuXinzheng，QianJiaru(KeyLaboratoryofCivilEngineeringSafetyandDurabilityofChinaEducationMinistry，DepartmentofCivilEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract:Threesimulationmethodsforhystereticcurveofsteelbraces，includingphenomenologicaldescriptionmethod，finiteelementmethodandplastic-hingemethod，werereviewed．Anewbracemodelbasedonphenomenologicaldescriptionmethodwasproposed．Thismodelcontainsaseriesofgoverningvariablestoenvelopthecomplicatedhystereticcurveofsteelbracesandthegoverningvariablescanbecalibratedbyavailabletestresults．Simulationresultsofsomeavailabletestdataprovethatthismodelismoreaccurateandproficientthanthosepreviousbracemodelsbasedonphenomenologicaldescriptionmethod．Furthermore，inordertostudyamoregenerousbracemodel，afiberbracemodelwasdemonstratedaswell．Inthismodel，certaingeometricinitialimperfectioninthemiddleofabraceisrequiredtosimulateitsbucklingandpostbucklinghystereticcharacters．Thevariablesofthemodelareonlygeometryandmaterialcharactersofthebraceandcanbeeasilydetermined．Theanalyticalresultsshowthatthefiberbracemodelispreciseenoughtocarryoutintegralstructureanalysisundermulti-scalerequirement．Theproposedtwomodelscanbeusedinanalysisanddesignofastructuresystemcontainingbracesunderearthquakeexcitation．Keywords:steelbrace;hystereticcurve;phenomenologicaldescriptionmethod;fibermodel;plastichingemethod*十一五国家科技支撑计划项目(2009BAJ28B01)。作者简介:刘庆志，硕士研究生，Email:liuqingzhi1986@gmail．com。0引言纯钢框架结构具有质轻高强、延性大、抗冲击荷载能力强等优点，但其抗侧刚度较小，在水平地震作用下易发生较大的侧向变形。美国北岭地震的经验和后续试验表明:纯钢框架过度的侧向变形，导致中等地震作用下框架主体结构和非结构构件损坏严重，震后结构修复困难［1］。钢支撑不仅能提供额外的抗侧刚度，并且能通过往复塑性变形消耗地震输入能量，保护主体结构安全，减轻非结构构件的破坏。因此，在钢框架中设置钢支撑，是提高钢框架抗震性能的一种有效途径。地震震害调查发现［2，3］，钢支撑框架结构的破坏主要集中在钢支撑及钢支撑与框架的连接节点处，框架主体结构破坏程度较轻。钢支撑框架结构主要通过钢支撑的塑性变形耗散地震输入能量，结构的塑性变形集中于钢支撑，因此单个钢支撑的滞回特性对结构整体抗震性能影响较大。单个钢支撑的滞回特性包括稳定的受拉特性、受压时发生屈曲且屈曲荷载不断降低、受压卸载刚度逐渐降低等复杂现象，对其进行准确模拟较为困难。文中对钢支撑典型的滞回特性作了详细描述，并开发出基于现...