摘要：隅撐支撐框架體系（KBF）是一種新型耗能支撐框架結(jié)構(gòu)體系，它具有延性好、抗側(cè)移剛度大、震后易修復(fù)的特點。本文運用有限元軟件ETABS對一隅撐支撐鋼框架進行了靜力非線性Pushover分析，得出了其在不同地震水準下抗震性能點，并對該結(jié)構(gòu)體系的抗震性能進行了評定。
　　關(guān)鍵詞：Pushover分析，隅撐支撐，鋼框架，抗震性能
　　1引言
　　隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)(KBF)是一種具有良好抗震性能和較大抗側(cè)移剛度的新型耗能抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，隅撐一端連在梁上，另一端連在柱上，用作耗能構(gòu)件；在彈性狀態(tài)下隅撐和支撐組成的分體系為結(jié)構(gòu)提供主要的抗側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)具有大于純框架的抗側(cè)剛度，在彈塑性狀態(tài)下，隅撐首先進入屈服狀態(tài)，通過發(fā)生變形使結(jié)構(gòu)具有很好延性的同時消耗地震能量，保證了結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件免受破壞。如圖1所示為典型隅撐支撐鋼框架體系，其中1構(gòu)件代表隅撐，2構(gòu)件代表支撐，3構(gòu)件代表框架梁，4構(gòu)件代表框架柱。
　　
　　圖1典型隅撐支撐框架體系
　　Fig.1Representativekneebracedsteelframes
　　靜力非線性Pushover分析方法可以實現(xiàn)基于位移的抗震設(shè)計�；�于位移的抗震設(shè)計是現(xiàn)階段比較可行的一種實現(xiàn)基于性能的抗震設(shè)計理念的方法，它是以結(jié)構(gòu)在不同設(shè)防水準下的允許位移為目標進行結(jié)構(gòu)和構(gòu)件設(shè)計。
　　2隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的計算模型
　　為簡化計算分析，將隅撐支撐鋼框架分解為兩部分，一部分為主框架結(jié)構(gòu)體系（梁和柱組成的框架，作為承重體系），另一部分為隅撐支撐體系（隅撐和支撐組成，作為耗能及抗側(cè)力體系），這兩部分協(xié)同工作。隅撐支撐框架的恢復(fù)力模型可用圖2的曲線表示[1-2]。
　　
　　圖2隅撐支撐鋼框架恢復(fù)力曲線
　　Fig.2Kneebracedsteelframesresiliencecurve
　　由圖2可以看出KBF的恢復(fù)力曲線有兩個關(guān)鍵點：隅撐屈服點和梁柱初始屈服點。根據(jù)Massood[3]及李慶松[4]的研究，可采用圖3所示的簡化模型分三步求解KBF的恢復(fù)力曲線。
　　(1)結(jié)構(gòu)初始抗側(cè)移剛度
　�。�1）
　　式中是主框架結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)移剛度；是隅撐支撐體系的抗側(cè)移剛度。
　　(2)隅撐屈服點（第一屈服點）
　　（2）
　�。�3）
　　式中，和分別表示結(jié)構(gòu)初始抗側(cè)移剛度，隅撐支撐體系所受到的側(cè)向荷載和隅撐支撐體系的抗側(cè)移剛度。
　　(3)梁端屈服點（第二屈服點）
　�。�4）
　�。�5）
　　式中和分別表示第一屈服點的屈服荷載和對應(yīng)的位移；和和分別表示主框架結(jié)構(gòu)體系所受到的側(cè)向荷載及其抗側(cè)移剛度。
　　3工程概況和ETABS模型的建立
　　3.1工程概況
　　該隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)所有構(gòu)件均采用H型鋼，其柱子采用H500×300×11×18；梁采用H250×150×6×8；支撐采用H190×90×5×8；隅撐采用H190×90×5×8；柱距為6m，層高為3m，共6層；
　　3.2ETABS模型的建立
　　在用ETABS[5]有限元軟件建立模型時使隅撐構(gòu)件與框架梁、柱的連接設(shè)置為剛接，使斜支撐與柱腳、隅撐的連接設(shè)置為鉸接，并且使得隅撐與框架的兩對角連線平行偏心距取0.3，斜支撐連接于隅撐的中點以達到延長線通過框架梁與柱的交點的合理的設(shè)計要求；塑性鉸分別設(shè)置于各構(gòu)件上，并且距構(gòu)件桿端的相對距離分別為0.05和0.95。隅撐支撐布置在1、3、5軸線框架上；沿X方向施加水平推力。
　　3.3分析結(jié)果
　　(1)塑性鉸的發(fā)展歷程
　　在X軸方向施加逐步增大的水平推力至結(jié)構(gòu)達到目標位移值為止，Pushover分析過程共進行了17步推覆分析，其中主要的荷載步有：
　　荷載步1，從塑性鉸分布圖可以看到，首先在中間跨布置的隅撐構(gòu)件上出現(xiàn)粉紅色的塑性鉸，這表明這些隅撐構(gòu)件剛剛進入屈服階段，從而驗證了隅撐支撐鋼框架體系的第一屈服點發(fā)生在隅撐構(gòu)件上的理論結(jié)果。
　　荷載步3，從塑性鉸分布圖可以看到最明顯的特征是在包含隅撐的各榀框架中二、三層的橫梁上出現(xiàn)了粉紅色的塑性鉸，此時結(jié)構(gòu)承載力開始下降，這表明該部分框架梁剛剛進入到屈服階段，同時表明該結(jié)構(gòu)符合強柱弱梁的設(shè)計要求。
　　分析進行荷載步1和3時上述隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)中塑性鉸的分布情況，從本例的分析結(jié)果可以看出用有限元軟件分析的結(jié)果和理論分析的結(jié)果相一致。
　　(2)基底剪力-頂點位移曲線
　　通過分析結(jié)構(gòu)X向基底剪力－頂點位移曲線圖，即結(jié)構(gòu)的能力曲線。曲線的最高點所示基底剪力約為11900kN、頂點位移約為196mm，此時的基底剪力為結(jié)構(gòu)所能承受的最大值。該曲線可以近似為三段折線，第一階段處于彈性階段；第二階段由于有些塑性鉸已經(jīng)形成并且剛進入屈服階段，荷載－變形曲線放緩，此階段是隅撐構(gòu)件屈服階段（第一屈服階段）；第三階段塑性鉸向極限承載力方向發(fā)展，曲線斜率進一步放緩，即相對于基底剪力而言，頂點位移的變化率越來越大，此階段是鋼框架屈服階段（第二屈服階段），從圖中可以看出分析結(jié)果和理論分析的恢復(fù)力曲線相一致，從而有力的論證了理論結(jié)果的正確性。
　　(3)結(jié)構(gòu)能力譜與需求譜
　　把曲線上的每一點轉(zhuǎn)換后得到的能力普和需求譜族(需求曲線對應(yīng)的阻尼分別為0.05、0.10、0.15、0.20)放在同一個坐標內(nèi)，兩曲線的交點就是該水準地震下該結(jié)構(gòu)的性能點。由此可以畫出結(jié)構(gòu)在小震、中震、大震下的需求譜族與能力譜曲線。
　　(4)結(jié)構(gòu)層間變形驗算
　　圖3為結(jié)構(gòu)性能點處的樓層位移曲線和層間位移角曲線，小震下結(jié)構(gòu)變形處于彈性階段，由圖可知在結(jié)構(gòu)性能點處，最大層間位移角為1/625，小于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011－2001規(guī)定的鋼框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值[θe]=1/300；大震下結(jié)構(gòu)變形處于彈塑性階段，在結(jié)構(gòu)性能點處，最大層間位移角為1/172，小于規(guī)范規(guī)定的鋼框架結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值[θe]=1/50，所以該結(jié)構(gòu)在X方向滿足抗震設(shè)防要求。
　　
　　圖3結(jié)構(gòu)性能點處的位移曲線和層間位移角曲線
　　Fig3Storydisplacementanddriftscurveforperformancepoint
　　4結(jié)論
　　通過有限元軟件建立模型分析的結(jié)果表明：
　　（1）隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的破壞過程與理論分析得到的恢復(fù)力曲線相一致；
　　（2）隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)符合強柱弱梁的設(shè)計要求；
　�。�3）隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)的層間位移角符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的要求。
　　隅撐支撐鋼框架結(jié)構(gòu)是一種很好的抗震結(jié)構(gòu)形式，可以廣泛地應(yīng)用于要求抗震設(shè)防地區(qū)的建筑中。
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