文档介绍：南京工业大学
硕士学位论文
隅撑支撑钢框架抗震性能研究
姓名:季克和
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:董军
20060501
硕士学位论文
摘要
隅撑支撑钢框架(KBSF)是一种新型支撑结构形式,其特点是隅撑一端与柱连接、
另一端与梁连接,支撑斜杆至少一端与隅撑相连。支撑体系中隅撑设计成耗能部件,在
罕遇地震时,隅撑通过塑性变形耗能,并且先于主要构件屈服,保护了主体构件。KBSF
综合了中心支撑钢框架(CBSF)刚度大和钢框架(MRF)延性好的优点,并克服了偏
心支撑钢框架(EBSF)牺牲结构主体构件屈服耗能的缺点,是适用于高烈度地震区的
一种有效抗侧支撑结构形式。国外已经对该新型支撑体系展开一系列研究,但尚未形成
系统理论。我国对 KBSF 的研究刚起步。由于我国具有抗震设防要求的地区较多,为充
分利用 KBSF 的优越性能,探索 KBSF 的适用性,对 KBSF 的抗震性能进行研究具有重
要的理论和价值。
本文完成一榀 1:2 KBSF 模型的低周反复荷载试验。研究了该体系的抗侧力性能,
分析了刚度、强度、滞回性能、耗能能力等,比较了 KBSF 与其相应的 MRF 之间的刚
度,并比较了 KBSF、MRF、EBSF 三者之间的耗能能力。结果表明 KBSF 具有弹性刚
度大、滞回环饱满、刚度退化慢,屈服局限于隅撑部位等优越的抗震性能。
本文运用梁壳单元组合的建模方法分析隅撑支撑钢框架的耗能性能,该方法兼顾了
分析精度与计算效率。对处于弹性阶段的梁、柱、斜撑采用 ANSYS 软件三维梁单元
Beam188 模拟,对进入塑性耗能的隅撑部件采用空间壳单元 Shell188 模拟。已有试验结
果验证了该方法的合理性。运用该建模方法建立试验 KBSF 的有限元模型,循环加载模
拟结果与试验结果吻合较好。
为了分析偏心距、隅撑腹板高度、腹板厚度、翼缘宽度、翼缘厚度、腹板开孔、加
劲肋设置等对 KBSF 的耗能影响,本文建立了由试验模型衍生得到的多组有限元模型,
利用循环加载分析了其抗侧力性能,通过刚度、耗能能力、刚度退化等参数得到了上述
因素的影响规律,并给出了一些设计建议。
以某拟建高层钢结构办公楼为背景,对多层 KBSF 体系简化模型进行了非线性时程
分析。选用两条实际地震记录和一条人工地震波,进行了 8 度地区常遇地震、罕遇地震
两种情况的弹塑性时程分析,结果表明各项性能指标满足规范要求,KBSF 体系适用于
高烈度设防地区。
最后,在总结全文工作的基础上提出了本课题有待进一步解决的问题。
关键词:隅撑支撑钢框架低周反复试验滞回性能时程分析耗能非线性有限元
I
硕士学位论文
ABSTRACT
Knee braced steel frame (KBSF) is a new braced structure style. The feature of KBSF is
one of the knee ends connects to the beam, the other one connects to the column, and not less
than one end of the brace connects to the knee. The knee in the braced system is designed as a
dissipating member, so it can dissipate energy by plastic distortion and yield in shear in advance
to avoid the main members destroyed under infrequency earthquake. bines the
stiffness of the concentrically braced steel frame (CBSF) and the inelastic behavior of
moment-resistant frame (MRF), and es the disadvantage of the eccentrically braced
steel frame (EBSF) dissipating energy by immolating the main member. So it is an effective
lateral load-resisting braced structure style which can apply in high intensity area. T