高強鋼組合Y型偏心支撐框架受力性能研究

舒偉偉 劉會樂

（廣東省建筑設計研究院 廣東 廣州 510010）

高強鋼組合Y型偏心支撐框架受力性能研究

舒偉偉 劉會樂

（廣東省建筑設計研究院 廣東 廣州 510010）

為研究高強鋼組合 Y 型偏心支撐框架的受力性能，建立了有限元模型進行循環加載分析，主要考慮了不同鋼材組合對其受力性能的影響。

高強鋼；偏心支撐；受力性能；有限元

1 引言

高強鋼組合偏心支撐結構是由偏心支撐結構[1]和高強鋼[2-3]的結合產生的，它不但繼承了兩個領域優點，還相互彌補了對方的不足。因此，高強鋼組合偏心支撐結構的研究和發展必然會推動偏心支撐和高強鋼的發展，并且拓展它們的應用范圍。本文研究的高強鋼組合Y型偏心支撐結構是不僅能夠充分發揮偏心支撐結構和高強鋼的優點，而且繼承了Y型偏心支撐結構獨有的特征，是一種高效的抗震結構體系。

2 模型設計

2.1 原型結構概況

模型原型結構為3跨6榀20層高強鋼組合Y型偏心支撐框架結構，結構橫向三跨(y方向)，中跨5.65m，邊跨4.5m，縱向（x方向）五跨，跨度均6m，層高3.6m，耗能梁段長度為700mm。

2.2 有限元模型

有限元分析時，選取原型結構第一榀支撐框架作為BASE模型，采用ABAQUS軟件建立了三個不同鋼材組合的梁單元和實體單元組合模型，模型的梁單元采用B31單元，實體單元采用C3D8R單元。框架模型為三跨20層，中間跨采用偏心支撐。模型所加豎向荷載和SAP2000軟件設計時的荷載保持一致，水平荷載采用多質點比例加載方式施加，從底層開始其荷載分配比例為1:2:3:4:5:6□:20。模型分析時柱腳完全固接，并約束框架梁的平面外自由度。模型采用理想彈塑性本構關系，Q345鋼的屈服強度fy=345MPa；Q460鋼的屈服強度fy=460MPa；Q690鋼的屈服強度fy=690MPa。彈性模量E=2.06×105N/mm2，泊松比ν=0.3。

3 模型計算結果分析

3.1 滯回曲線

圖1為模型的滯回曲線，從圖上可知，雖然3個模型循環的圈數和飽滿程度都不一樣，但模型的滯回曲線的形狀都呈梭形，表現出較好的滯回性能。Q345-20模型能夠完成 4Δy位移循環，在進入 5Δy位移循環時由于其頂點位移大于3600mm(H/20)而發生破壞，它是在3個模型中曲線最為飽滿的；Q460-20模型能夠完成1次4Δy位移循環，模型在第2次進入4Δy位移循環時發生破壞；Q690-20模型可以完成3Δy位移循環，在第2次進入3Δy位移循環時，結構發生破壞； 因此，僅從宏觀上看，Q345-20模型滯回性能優于Q460-20模型，Q460-20模型滯回性能優于Q690-20模型。

3.2 結構耗散的能量和耗能系數

Q345-20、Q460-20、Q690-20耗散的能量分別為 178529.6、124996.6、61478.4kN·m。從圖上可知，Q345-20模型耗散的能量最多， Q460-20模型次之。和Q345-20模型相比，Q460-20模型耗散的能量降低了30%，Q690-20模型耗散的能量降低了65.6%。

圖1 滯回曲線

綜上所述，Q345-20模型的耗能能力最強，Q460-20模型次之，Q690-20模型最低。

3.3 結構用鋼量對比

Q345-20、Q460-20、Q690-20的用鋼量分別為1220、1011.46、893.34t。Q345-20模型用的鋼量最多，Q690-20模型的用鋼量最省。和Q345-20模型相比，Q460-20模型的用鋼量節省了 17.1%，Q690-20模型的用鋼量節省了 26.8%；和 Q460-20模型相比，Q690-20模型的用鋼量節省了11.7%。

4 結論

本文采用梁單元和實體單元組合建立了 3個具有不同強度鋼材的組合模型，通過對比它們的極限承載力、剛度、耗能能力、延性和用鋼量等重要指標，發現如下規律：

（1）Q345-20模型的滯回性能最好、Q690-20模型用鋼量最省，Q460-20模型具有較好的滯回性能并且用鋼量較省。

（2）與Q345-20模型相比，雖然Q460-20模型和Q690-20模型的滯回性能都有不同程度的降低，但它們仍然具有一定的延性和耗能能力，且其承載能力有所提高。

[1]POPOV P E, ENGELHARDT M D. Seismic eccentrically braced frames [J].J Construct Steel Research, 1988(10):321-354.

[2]戴國欣,王飛,施剛,等.Q345與Q460結構鋼材單調和循環加載性能比較[J].工業建筑, 2012, 42(1): 13-17.

[3]施剛,石永久,王元清.超高強度鋼材鋼結構的工程應用[J].建筑鋼結構進展, 2008, 10(4): 32-38.

TU391

B

1007-6344（2016）07-0338-01

舒偉偉，男，1988-，主要從事結構工程設計及研究，廣州市荔灣區流花路97號，510010