双肢冷弯C型钢框架抗震性能有限元分析

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冷弯薄壁型钢房屋抗震性能优越,适合工业化建造,在国内外建筑行业已占有一席之地,符合国家“十三五”规划对房屋建筑发展提出的新要求。目前国内建筑市场应用的冷弯C型钢的截面形式只有固定的几种,为了扩展冷弯C型钢在建筑行业的应用,构造出一种新的截面形式——双肢冷弯C型钢内插节点板的组合截面。本文采用有限元分析的方法对该截面框架抗震性能进行系统研究,为该类框架结构的设计、应用提供一定的理论依据,主要研究内容、方法和结论如下:  首先运用ANSYS软件建立双肢冷弯C型钢框架有限元模型,并进行了试验验证。综合考虑柱长细比、线刚度比、轴压比、梁腹板高厚比、柱腹板高厚比、C型钢厚度和节点板厚度等因素建立26榀框架有限元模型,分析各框架的节点域、柱脚与梁端等部位的应力分布和应力发展过程,总结破坏形态、受力机理和抗震性能,研究结果表明:框架的破坏形态主要有“柱铰”破坏、“梁铰”破坏和“节点板”破坏三种;柱长细比、梁柱线刚度比、轴压比、柱腹板高厚比和 C型钢厚度对框架的承载力、初始刚度和破坏形态的影响程度较大。其次,在单一因素分析的基础上,设计多因素正交试验,分析各因素在不同水平组合下对框架承载力和刚度的影响,并进行回归分析,得出K2/K1(强化刚度与弹性刚度比)、K3/K1(负刚度与弹性刚度比)、Py/Pmax(屈服荷载与极限荷载比)、Pmax(极限荷载)与轴压比n、长细比λ、柱腹板高厚比D、线刚度比K的相关关系的经验计算公式,建立适合双肢冷弯C型钢框架简化三折线骨架曲线恢复力模型,并根据相应滞回规则,得到该类框架滞回曲线恢复力模型,简化模型计算与试验结果较吻合。最后,对多层冷弯C型钢框架有限元模型进行时程分析,分析其在水平地震下的动力反应,经分析表明:框架的薄弱层位于第一层;当框架层数为四层或高度为12m,不满足多遇或罕遇地震下层间转角的规范限值,应考虑提高框架的抗侧刚度。  通过对该截面框架结构的有限元分析,得到了在所涉及参数范围的性能结果和设计建议,可为工程实际应用提供一定的理论依据。
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