偏心支撑抗侧力体系分析的论文
2020-09-22 20:51:14 71
摘要：使用ANSYS大型有限元结构分析软件，研究了水平荷载作用下偏心支撑的横向抗力框架的性能，重点是建筑物布局优势。大型偏心支撑架。通过有限元理论的计算，将理论计算与实验结果进行了比较，以及耗能梁的长度和高跨度比对偏心支撑系统的强度，刚度和滞后的影响总结。
关键字：偏心支撑反侧向力系统水平力作用的有限元素
1前言
考虑偏心支撑系统介绍了纯框架结构和框架中心支撑系统的优点。在正常使用阶段，它具有更大的刚度和更少的结构横向移动。在大地震作用下，利用耗能梁截面的塑性变形吸收能量，具有良好的耗能效果。偏心支撑侧向力系统适用于4到12层具有8和9度抗震设防强度的多层钢结构房屋。本文采用实验和有限元分析方法研究偏心支撑的水平框架在水平荷载下的性能，重点是具有建筑布局优势的大型偏心支撑的框架。
2计算模型
3水平循环时两个k形偏心支架耗能梁的不同长度e的两个偏心支架的破坏过程的试验研究往复载荷。每个框架具有相同的梁柱横截面尺寸，加载位置和约束。该分析使用了当前非线性分析中常用的VonMises各向同性强化准则。以材料本构关系为理想的弹塑性模型，以初始弹性模量为2E5MPa，材料的屈服强度为306MPa。
有限元分析使用实验框架作为分析原型，并使用两个计算模型：塑料梁单元平面模型和塑料壳单元空间模型。平面模型使用塑料梁单元BEAM23。因为测试框架柱的高度很小，所以必须考虑加劲肋对平面中框架柱水平方向的约束作用。塑料壳单元空间模型。偏心支架采用塑料直管元件PIPE20；框架梁柱和地梁采用塑料壳单元SHELL181，收敛性更好。在空间模型中，用八个加劲肋模拟了地梁对测试框架的约束效果，并且还考虑了加劲肋对框架平面中柱的约束效果。
3理论计算和测试结果的比较
将其中一个测试框架与稳定的测试数据进行比较，并将弹性相的测试结果与有限元计算进行比较。
3.1弹性阶段载荷-位移曲线的比较
比较弹性阶段测试框架的理论和实验值的比较：
（1）测试值接近理论分析结果。塑料壳单元模型与测试结果吻合良好，误差在5％以内。塑料梁单元模型的误差约为10％。
（2）理论值略小于实验值。这是因为理论分析便于建模。考虑因素忽略了偏心撑杆，框架梁的角撑板和一些加劲肋的影响。
弹性相理论值与实验值的比较。测量点1处的应力比较
3.2弹性相期间的应力比较
比较弹性相期间的理论值和实验值的比较：
（1）由于外部原因如现场测试条件，试件加工和测试方法等，测试中记录的应力-位移曲线显示出不稳定的上升；虽然理论分析忽略了外部条件的影响，但应力位移曲线是平滑且稳定的。
（2）实验值与理论值基本一致。塑料壳单元模型与测试结果之间的误差在10％以内；塑性梁单元模型误差在20％以内。
4偏心支撑架的性能研究
从实验和理论的比较可以看出，理论结果接近于实验值。我们可以使用有限元工具来进一步研究诸如耗能梁的长度和框架的大跨度比等因素对偏心支架性能和滞回能耗的影响。
4.1偏心支撑框架在单向水平载荷下的性能
分析使用与试验框架相同的塑料壳单元模型，主要研究耗能梁的长度和高跨度比。偏心支撑结构弹性阶段和塑性破坏的影响。
为了获得对结构非线性分析的良好解决方案，在水平力的单向加载过程中采用了以下措施：（1）自动时间步长用于控制子步长的数量：测试结构是从线性变化到非线性，激活自动时间步长，可以根据系统响应的非线性部分改变时间步长，在精度和成本之间取得良好的平衡。 （2）使用二分法：每当自动时间步打开时，二分法都会自动激活。二分法提供了一种自动纠正收敛失败的方法。只要收敛迭代失败，二分法就会将时间步分为两半，然后从最后一个收敛子步自动重新开始。如果切丁的时间步长无法再次收敛，则二分法将再次拆分时间步长，然后重新开始。继续此过程，直到达到收敛或达到指定的最小时间步长为止； （3）使用较小的时间步长； （4）对于材料的非线性分析，采用水平位移代替水平力，结构收敛性更好； （5）增加网格密度。
（1）偏心支撑弹性平台的刚度：消能梁的长度决定了偏心支撑弹性平台的刚度，高跨度比对结构的刚度影响很小。随着能量消耗梁的长度增加，弹性平台的刚度基本上沿直线减小。对于多层钢结构，可以认为e / L（能耗梁的长度/框架跨度）每增加0.1，弹性阶段的刚度将降低约20％。该结论对于判断结构方案的选择很有用。
（2）通常，高跨度比小，耗能梁短的偏心支撑结构具有更高的极限承载力水平。对于0.5> e / L> 0。3的弯曲耗能梁偏心支撑框架，高跨度比对结构的极限水平荷载影响很小，这主要取决于耗能梁的长度。对于土木结构，可以认为e / L每增加0.1，就会破坏结构。水平极限承载力降低10％。
4.2周期性水平载荷下偏心支撑框架的性能
本节使用塑料梁单元和塑料壳单元来计算和分析循环水平载荷下测试框架的塑性滞后。性能。施加的水平位移是循环载荷。
由于周期性荷载不易收敛，因此以下措施可增强塑料梁单元模型的收敛性：（1）减少每个荷载步的子步数； （2）自动划分步长（Autots，on）； （3）自动划分单元格（smrt）； （4）由于循环迭代次数众多，输出文件的默认数量不能满足输出要求。使用config命令增加输出文件的总数。以下措施可以增强塑料壳单元模型的收敛性：（1）自动对单元进行网格化（smrt）； （2）降低收敛准则； （3）增加加载步骤的最大子步骤数。
试验框架的塑料梁单元模型的滞回曲线，试验框架的塑料壳单元模型的滞回曲线。可以看出：
（1）两个模型的计算出的滞回能耗值在5％之内非常接近;
（2）与塑料壳单元模型和塑料梁单元模型相比，计算速度快，计算结果接近于塑料壳单元模型。因此，采用塑性梁单元模型研究了周期性荷载作用下偏心支撑框架的塑性滞回耗能性能。
比较e / L> 0.2的偏心支撑框架的累积滞后能量消耗。可以看出
（1）偏心支撑架的磁滞曲线已满，表明该结构具有良好的磁滞性能。
（2）对于偏心支撑框架，大跨径比大且耗能梁长度短的结构具有更好的塑性滞回耗能效果。
5.结论
5.1计算结果与测试结果之间的比较表明，计算模型正确，计算结果可信。
5.2对于e / L> 0.3的弯曲消能梁-偏心支撑框架，消能梁的长度决定了弹性阶段偏心支撑结构的刚度和极限水平承载力。
5.3对于偏心支撑的框架，大跨径比大且耗能梁长度短的结构具有更好的塑性滞回耗能效果。
