偏心支撐耗能梁模態分析

白文魁

摘 要 本文通過有限元軟件SAP2000建立了10個12層的K型偏心支撐半剛接鋼框架模型，其中6個以耗能梁段的長度為變量、4個以梁柱節點初始轉動剛度為變量，分別對其進行了模態分析及Pushover分析，以研究其對結構動力特性及彈塑性受力性能的影響。

關鍵詞 偏心支撐 耗能梁段 彈塑性

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A

1偏心支撐鋼框架的工作原理

鋼框架結構是目前較常用的結構形式之一，它由梁和柱構成，具有結構簡單、布置靈活、空間跨度大等優點，具有良好的優秀的延性、剛度、耗能能力及抗震性能等結構性能。在水平荷載作用下，高層建筑結構會產生較大的側移，易超出規范規定的限值，所以在高層建筑中鋼框架結構的應用受到了限制。在結構中布置支撐能夠有效減少高層鋼框架結構的側向移動。在框架結構中，偏心支撐屬于一種常用類型。偏心支撐鋼框架是指每根支撐至少有一端與框架梁相連，并且具有一定長度的耗能梁段。耗能梁段是偏心支撐鋼框架結構中主要的耗能構件。《建筑抗震設計規范》GB50011-2010關于耗能梁段的強度及寬厚比有如下規定：耗能梁段所使用鋼材的屈服強度不應大于345MPa，且板件的寬厚比與同跨內的非耗能梁段相比，應符合的限值要求。

彈性階段，偏心支撐鋼框架結構具有良好的剛度，其抗側移水平與中心支撐鋼框架接近；在彈塑性階段，偏心支撐鋼框架結構具有優秀的耗能能力，延性與純框架接近，集合了兩者的優點，是一種良好的抗震和抗側移的結構。

2等效單自由度體系的建立

本文主要用Pushover分析法進行分析，并提出以下兩點假設：

（1）結構模型的地震反應以第一振型為主；

（2）結構沿高度方向的變形在整個地震反應中保持不變。

該假設沒有嚴格的理論依據，但對于以第一振型為主的地震反應該方法具有一定的合理性。

由上述假定可知，Pushover分析是以將多自由度結構體系等效為單自由度體系為前提條件，轉換的方法并沒有唯一的標準，但基本上都是通過結構的動力運動方程進行等效轉換。

3建模計算

本文所建立的模型是一個X方向為5跨、Y方向為3跨、高12層的K型偏心支撐半剛性連接鋼框架結構，抗震設防烈度為7度（a=0.10g），罕遇地震下水平地震影響系數最大值為0.50，設計地震分組為第一組，場地類型為Ⅱ類，特征周期為Tg=0.35s，阻尼比為=0.05，結構安全等級為二級，設計使用年限為50年。X、Y方向跨度各為6米，層高為3米。根據結構及構件的尺寸及柱網布置信息，建立結構模型。支撐在X、Y方向均有布置，主梁和柱的連接均采用半剛性連接（見表1）。

對以耗能梁段長度為變量的模型進行模態分析，得到結構的振型、基本自振周期及在X、Y和Z方向上的質量參與系數。此模型的前三階振型具有相同的振動規律，且皆符合《抗規》的規定，即結構的第一階及第二階振型分別是為沿著X方向和Y方向的平動，扭轉則出現在了第三階振型當中。

4結論

本模型第一階振型中，、，說明該振型中結構沿X方向的質量參與系數為76%、繞Y軸轉動質量參與系數為15%，故該振型為X方向的平動；第二階振型中，，說明該振型中結構沿Y方向的質量參與系數為75%、繞X軸轉動質量參與系數為20%，故該振型為Y方向的平動；第三陣型中，X及Y方向的質量參與系數皆為零，只有，故該振型為繞Z軸的扭轉運動。

結構的前8階振型在X和Y兩個方向的累計質量參與系數SumUX和SumUY分別為（0.90，0.90），均不小于0.90，符合規范的限值要求。

參考文獻

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