基于延性节点简化理论模型的钢框架抗震性能分析

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延性耗能节点在强震下塑性铰可在远离梁柱节点连接焊缝区域形成,具有良好的抗震性能,逐渐在工程中使用。延性节点构造比传统节点构造更为复杂,对延性节点钢框架实体模型进行有限元数值计算时,将耗时耗力,为提高计算效率,节约计算成本,有必要对延性节点钢框架模型进行合理的简化。本文针对简化的钢框架模型进行模态分析和动力时程分析,分析简化模型用于动力计算是否可行。主要的研究内容及结论如下:1、参照国内外相关设计规范,设计6层和12层延性节点钢框架,延性节点有翼缘削弱型节点、盖板加强型节点和直接扩翼型节点三种形式,同时还设计了同尺寸的普通节点钢框架。2、在普通节点简化理论模型基础上,根据延性节点的构造和受力因素等特性,引入带弹簧单元的延性节点简化理论模型,理论推导了延性节点简化模型中弹簧单元的刚度公式,然后对设计的框架边柱节点和中柱节点实体模型进行有限元数值计算,分析节点本构关系,提取节点域弹簧单元和两侧弹簧单元刚度曲线,为后续动力时程分析简化模型的建立提供必要的技术支撑。3、利用延性节点简化理论模型对设计的三种延性节点钢框架进行简化,并对简化后的框架模型进行模态分析和弹塑性动力时程分析,为便于比较,同时对延性节点框架实际模型和同尺寸的普通节点框架实际模型进行了模态分析和动力弹塑性时程分析,为验证延性节点实际模型计算结果,首先将延性节点实际模型计算得到的框架基本周期、柱顶位移、柱底剪力和柱顶加速度时程曲线与普通节点框架实际模型计算结果进行对比,继而将延性节点框架简化模型与延性节点框架实际模型的数值计算结果进行对比。4、本文研究表明:基于弹簧刚度提取理论公式,利用有限元分析节点实体模型,可以较为准确得获取节点弹簧刚度,从而可以得到与实际受力情况较为吻合的框架简化数值模型。模态分析和弹塑性动力时程分析结果表明:延性节点框架简化数值计算模型和延性节点框架实际数值计算模型计算结果吻合较好,说明引入的延性节点简化模型设计较合理,用于平面钢框架动力计算具有较高的计算精度,可有效且快速分析延性节点钢框架结构的抗震性能,研究成果可为实际工程提供技术服务。
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