基于鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析

劉建飛

（邢臺(tái)市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 054000）

引言

鋼結(jié)構(gòu)由于其有著輕質(zhì)、高強(qiáng)、易于制作、建造靈活且抗震性能較好的特點(diǎn)，在現(xiàn)代化建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。但近年來(lái)，有學(xué)者通過(guò)對(duì)實(shí)際地震中受到損壞的鋼結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行研究，提出了對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗震性能的質(zhì)疑，因?yàn)槭聦?shí)證明受非均勻變化力的影響，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能確實(shí)有所降低。因此我們要站在不同角度下，從多方面入手，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的塑性變形情況進(jìn)行研究，以此達(dá)成對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能的分析。

1 建立鋼結(jié)構(gòu)框架模型

進(jìn)行鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析首先要建立相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模型選擇上，我們一般采用Q235B級(jí)鋼材，進(jìn)行框架搭建，框架構(gòu)件采用熱軋型鋼HW250×250×9×14，結(jié)構(gòu)所在場(chǎng)地選?、蝾悎?chǎng)地：①對(duì)單榀框架進(jìn)行受力分析，對(duì)其加載600kN的集中荷載和30kN/m的均布荷載，對(duì)梁和柱子采用剛節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，柱腳采用固定支架進(jìn)行固定，頂部無(wú)相應(yīng)支撐。②進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)和結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建，在鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)模型上采取雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化構(gòu)型，結(jié)構(gòu)材質(zhì)的屈服強(qiáng)度選取215MPa，而取彈模E則選取=200GPa，泊松比V選取0.30的，通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)動(dòng)力模型進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)其環(huán)境默認(rèn)為理想環(huán)境，材質(zhì)也默認(rèn)為理想材質(zhì)，亦滿足屈服階段的屈服原理。③選取結(jié)構(gòu)模擬地震波，通過(guò)設(shè)備，在Ⅱ類場(chǎng)地中采用Taft地震波和埃而森特羅波，波動(dòng)間隔時(shí)間為0.02s，抗震加速度為0.1g，總作用時(shí)間設(shè)定為20s。通過(guò)地震波的作用時(shí)間和作用類型對(duì)不同波動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行作用，從而再將其影響進(jìn)行對(duì)比，以得出相應(yīng)結(jié)果。

2 鋼框架頂部位移結(jié)果分析

通過(guò)上述結(jié)構(gòu)模型的反復(fù)試驗(yàn)，我們可以看到不同地震波的作用下，鋼結(jié)構(gòu)的頂部是有位移產(chǎn)生的，通過(guò)研究人員對(duì)不同地震波作用下的頂部位移繪制坐標(biāo)分析圖（作用時(shí)間為橫軸，位移情況為縱軸），然后我們?cè)诟鶕?jù)這個(gè)坐標(biāo)圖進(jìn)行對(duì)比分析，從而得到不同地震波作用下的破壞性能以及最大位移情況。在得到后數(shù)據(jù)后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)PKPM相關(guān)軟件進(jìn)行軟件計(jì)算，我們可以得出：在選取100cm/的Taft地震波和150cm/的埃而森特羅波進(jìn)行作用的時(shí)候，鋼結(jié)構(gòu)是沒(méi)有被破壞的，沒(méi)有發(fā)生位移；而在300cm的波束作用下，結(jié)構(gòu)遭到了破壞，其Taft地震波作用下最大位移是52mm，而在埃而森特羅波作用下卻產(chǎn)生了57mm的位移，由此可見(jiàn)，這個(gè)結(jié)果與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求還是有很大差距的，還無(wú)法滿足鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。

3 框架底部位移情況分析

通過(guò)比較，我們可以看到，鋼結(jié)構(gòu)框架在不同波速和不同類型波形作用下，其會(huì)產(chǎn)生不同情況的位移和轉(zhuǎn)角，通過(guò)反復(fù)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波速在100～150m的時(shí)候，柱腳雖有位移，但位移范圍在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，而隨著波速的增大，當(dāng)最大到300/m時(shí)，其位移達(dá)到最大，影響也變得越來(lái)越大，由此可見(jiàn)，波速和波型會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)柱腳造成相應(yīng)的影響。

4 豎向地震荷載作用下的屈服情況分析

同樣，我們通過(guò)本文第一點(diǎn)中所說(shuō)的鋼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，其豎向的屈服強(qiáng)度在靜荷載和動(dòng)荷載情況下是有所不同的：靜荷載情況下，我們以靜荷載600kN的集中荷載和30kN/m的均布荷載作用下發(fā)現(xiàn)，鋼框架梁的最大撓度是19，其頂部的最位移是13mm。而在動(dòng)荷載作用下，當(dāng)動(dòng)荷載是600kN，振動(dòng)周期為0.02s時(shí)，鋼框架梁的最大撓度是23，其頂部的最位移是10mm.由此可見(jiàn)，動(dòng)荷載作用下的最大撓度會(huì)更大，這說(shuō)明，在動(dòng)力荷載作用下，鋼框架結(jié)構(gòu)更容易達(dá)到屈服的極限，更容易被破壞。

5 塑性（韌性）破壞分析

我們根據(jù)本文第一點(diǎn)所說(shuō)的單榀框架模型在不同地震波作用下的受力情況及變形情況進(jìn)行分析，得出鋼框架結(jié)構(gòu)在彈性和塑性方面的變化結(jié)果。原則上，從鋼結(jié)構(gòu)框架本身的性能來(lái)講，其是有很好的韌性和塑性的，這對(duì)于抗震來(lái)說(shuō)，是有十分有利的。我們通過(guò)上述模型試驗(yàn)得出，采取不同加速度和不同的波形類型時(shí)，其塑性和韌性也是有所差異的，但總的來(lái)說(shuō)，還是在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，這一結(jié)果來(lái)看其塑性和韌性是極好的。但我們?cè)谶M(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，還是需要注意采取一些塑性階段的設(shè)計(jì)方法，以避免由于承載力過(guò)低，或者受力點(diǎn)過(guò)于集中，導(dǎo)致鋼框架結(jié)構(gòu)本身遭到屈服破壞。

6 性能分析結(jié)果

①鋼結(jié)構(gòu)頂端位移受波速的影響，當(dāng)波速增大到300時(shí)，頂端結(jié)構(gòu)位移達(dá)到最大，鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到屈服極限，會(huì)遭受到相關(guān)破壞。②從框架底部位移情況可見(jiàn)，在不同的水平地震作用下，抗震性能相對(duì)較好，但波速大于300時(shí)，也會(huì)造成明顯影響。③從豎向地震荷載作用下的分析情況來(lái)看，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)隨著振動(dòng)周期荷載的變化而變化，動(dòng)力荷載作用下，鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能會(huì)下降。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)建立模型，對(duì)其抗震性能進(jìn)行分析，并得出相關(guān)影響抗震內(nèi)容的因素，在未來(lái)的生產(chǎn)和生活中，高層和超高層建筑的修建過(guò)程中，鋼框架結(jié)構(gòu)會(huì)有越來(lái)越多的應(yīng)用，我們應(yīng)需結(jié)合場(chǎng)地情況，對(duì)不同類型的鋼結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行加固和改善設(shè)計(jì)，以更好的提高其抗震性能，造福百姓。

[1]莫遠(yuǎn)昌.鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2015（2）：64～65.

[2]徐松芝，袁朝慶.鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9（10）：2801～2803.