兩種X 形鋼支撐體系的抗側性能對比分析

趙杰峰　崔立杰　張書娜

(邢臺職業技術學院，河北邢臺　054035)

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兩種X 形鋼支撐體系的抗側性能對比分析

趙杰峰崔立杰張書娜

(邢臺職業技術學院，河北邢臺054035)

摘要:介紹了新型X形鋼支撐結構的設計方法，通過建立有限元模型，從抗側性能與橫梁撓度兩方面，對比分析了新型X形支撐體系與傳統X形支撐體系的差別，為新型X形支撐結構的研究和實踐提供了理論依據。

關鍵詞:X形支撐體系，抗側性能，橫梁撓度，水平荷載

0　引言

傳統的跨層X形支撐結構，支撐連接在鋼梁上，框架豎向變形時會帶動支撐一起變形，從而會使支撐承擔一部分豎向荷載的作用，降低支撐的抗側性能。新型的跨層X形支撐結構支撐并不是直接連接在鋼梁上，而是通過牛腿與鋼梁進行連接［1］。牛腿與牛腿之間豎向可以自由滑動，而水平方向接觸緊密，實現了在豎向荷載作用下支撐不受力，同時保證側向剛度不降低。模型如圖1所示。

圖1　新型X形支撐體系模型

1　有限元模型介紹

框架和支撐的模型采用Beam188梁單元，牛腿的模型采用Solid45單元。牛腿與牛腿之間采用接觸單元Targel170和Contal174［2］。

2　兩種X形支撐體系的抗側性能對比分析

表1　X形支撐模型尺寸表

本文設置了三組模型來對比兩種X形支撐體系的抗側性能，尺寸見表1，不承受豎向力的新型X形支撐體系和傳統的X形支撐體系模型的各部分尺寸都相同。但新型的X形支撐體系支撐牛腿和鋼梁牛腿采用接觸單元，框架所承受的豎向力不會傳遞到支撐上。傳統的X形支撐體系支撐牛腿和鋼梁牛腿完全耦合，框架所承受的豎向力會傳遞到支撐上。

在模型的頂端施加位移荷載，三組模型的力和位移的關系圖如圖2～圖4所示。

圖2　支撐長細比為130的跨層X形模型荷載位移圖

圖3　支撐長細比為102的跨層X形模型荷載位移圖

圖4　支撐長細比為75的跨層X形模型荷載位移圖

極限荷載和相對應的側移角如表2所示。

通過對比三組模型的水平荷載與側移角的關系可以發現，在側移角比較小的時候，兩種體系的荷載側移曲線完全重合，隨著側移的增大，兩種體系的荷載側移曲線發生了分離，相同側移下，新體系所承擔的水平荷載更大。這說明，在彈性階段，新型X形支撐體系的抗側性能和傳統的X形支撐體系的抗側性能沒有差別，但是隨著側移的變大，兩種體系的抗側性能出現了差別，支撐屈服時，這種差別達到最大，隨后又逐漸趨于一致。

表2　三組模型極限荷載—側移對比表

由表2可以看出新體系和傳統體系相比，所能承擔的極限荷載要大于傳統體系，此時結構的側移要比傳統的跨層X形支撐結構達到極限荷載時的側移小，這說明新體系的抗側剛度比傳統體系大。支撐的長細比越小，兩種體系水平荷載與位移的關系曲線越接近，抗側剛度的差距越小。

3　兩種X形支撐體系的橫梁撓度的對比

兩種體系三組模型的橫梁撓度與側移的關系曲線如圖5～圖7所示。

從圖5～圖7中可以看出，一開始新形X形支撐體系的橫梁撓度大于傳統的X形支撐體系，這是因為新體系在豎向荷載作用下支撐不受力，不能作為橫梁的支座，所以橫梁的撓度大。但是隨著水平側移的增大，新體系和傳統體系的橫梁撓度的差別逐漸減小，最后完全相同，見表3。

圖5　支撐長細比130的模型橫梁撓度與側移角關系圖

所以雖然新體系在彈性階段橫梁的變形大于傳統體系，但是最終兩種體系的橫梁的變形大小是沒有差別的，所以兩種體系的橫梁在設計時是相同的。

圖6　支撐長細比102的模型橫梁撓度與側移角關系圖

圖7　支撐長細比75的模型橫梁撓度與側移角關系圖

表3　三組模型撓度對比表

4　結語

本文設置了三組模型，對比了新型的跨層X形支撐結構和傳統的跨層X形支撐結構水平荷載與側移的關系曲線，發現在彈性階段，兩種體系的抗側剛度相同，進入塑性后，新體系的剛度開始大于傳統體系，當支撐屈服時這種差別達到最大。然后兩種體系的水平荷載與側移的關系曲線又逐漸趨于一致。新體系的橫梁撓度雖然在彈性階段比傳統體系的橫梁撓度大，但是結構破壞時兩種體系的橫梁撓度是相同的，所以新體系從設計上來說和傳統體系相比并不需要增大橫梁的剛度。

參考文獻:

［1］童根樹，羅桂發，張磊，等．一種免承重力鋼框架支承體系［J］．鋼結構，2009(sup):32．

［2］王勖成，邵敏．有限單元法基本原理和數值方法［M］．第2版．北京:清華大學出版社，1996．

Comparative analysis on anti-lateral performance of two kinds of X-style bearing systems

Zhao JiefengCui LijieZhang Shuna
(Xingtai Vocational College，Xingtai 054035，China)

Abstract:With an introduction on the design methods of new X-style steel bearing structure，through establishing finite element model，and starting from two aspects of anti-lateral performance and horizontal beam deflection，the paper comparatively analyzes differences of new X-style bearing system and traditional X-style bearing system，which has provided some theoretical basis for studying and practicing new X-style bearing structure．

Key words:X-style bearing system，anti-lateral performance，horizontal beam deflection，horizontal load

作者簡介:趙杰峰(1986-)，男，助教;崔立杰(1987-)，男，助教;張書娜(1987-)，女，助教

收稿日期:2015-10-29

文章編號:1009-6825(2016)01-0064-02

中圖分類號:TU311

文獻標識碼:A