高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能研究

舒伟伟 刘会乐

（广东省建筑设计研究院 广东 广州 510010）

高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能研究

舒伟伟 刘会乐

（广东省建筑设计研究院 广东 广州 510010）

为研究高强钢组合 Y 型偏心支撑框架的受力性能，建立了有限元模型进行循环加载分析，主要考虑了不同钢材组合对其受力性能的影响。

高强钢；偏心支撑；受力性能；有限元

1 引言

高强钢组合偏心支撑结构是由偏心支撑结构[1]和高强钢[2-3]的结合产生的，它不但继承了两个领域优点，还相互弥补了对方的不足。因此，高强钢组合偏心支撑结构的研究和发展必然会推动偏心支撑和高强钢的发展，并且拓展它们的应用范围。本文研究的高强钢组合Y型偏心支撑结构是不仅能够充分发挥偏心支撑结构和高强钢的优点，而且继承了Y型偏心支撑结构独有的特征，是一种高效的抗震结构体系。

2 模型设计

2.1 原型结构概况

模型原型结构为3跨6榀20层高强钢组合Y型偏心支撑框架结构，结构横向三跨(y方向)，中跨5.65m，边跨4.5m，纵向（x方向）五跨，跨度均6m，层高3.6m，耗能梁段长度为700mm。

2.2 有限元模型

有限元分析时，选取原型结构第一榀支撑框架作为BASE模型，采用ABAQUS软件建立了三个不同钢材组合的梁单元和实体单元组合模型，模型的梁单元采用B31单元，实体单元采用C3D8R单元。框架模型为三跨20层，中间跨采用偏心支撑。模型所加竖向荷载和SAP2000软件设计时的荷载保持一致，水平荷载采用多质点比例加载方式施加，从底层开始其荷载分配比例为1:2:3:4:5:6□:20。模型分析时柱脚完全固接，并约束框架梁的平面外自由度。模型采用理想弹塑性本构关系，Q345钢的屈服强度fy=345MPa；Q460钢的屈服强度fy=460MPa；Q690钢的屈服强度fy=690MPa。弹性模量E=2.06×105N/mm2，泊松比ν=0.3。

3 模型计算结果分析

3.1 滞回曲线

图1为模型的滞回曲线，从图上可知，虽然3个模型循环的圈数和饱满程度都不一样，但模型的滞回曲线的形状都呈梭形，表现出较好的滞回性能。Q345-20模型能够完成 4Δy位移循环，在进入 5Δy位移循环时由于其顶点位移大于3600mm(H/20)而发生破坏，它是在3个模型中曲线最为饱满的；Q460-20模型能够完成1次4Δy位移循环，模型在第2次进入4Δy位移循环时发生破坏；Q690-20模型可以完成3Δy位移循环，在第2次进入3Δy位移循环时，结构发生破坏； 因此，仅从宏观上看，Q345-20模型滞回性能优于Q460-20模型，Q460-20模型滞回性能优于Q690-20模型。

3.2 结构耗散的能量和耗能系数

Q345-20、Q460-20、Q690-20耗散的能量分别为 178529.6、124996.6、61478.4kN·m。从图上可知，Q345-20模型耗散的能量最多， Q460-20模型次之。和Q345-20模型相比，Q460-20模型耗散的能量降低了30%，Q690-20模型耗散的能量降低了65.6%。

图1 滞回曲线

综上所述，Q345-20模型的耗能能力最强，Q460-20模型次之，Q690-20模型最低。

3.3 结构用钢量对比

Q345-20、Q460-20、Q690-20的用钢量分别为1220、1011.46、893.34t。Q345-20模型用的钢量最多，Q690-20模型的用钢量最省。和Q345-20模型相比，Q460-20模型的用钢量节省了 17.1%，Q690-20模型的用钢量节省了 26.8%；和 Q460-20模型相比，Q690-20模型的用钢量节省了11.7%。

4 结论

本文采用梁单元和实体单元组合建立了 3个具有不同强度钢材的组合模型，通过对比它们的极限承载力、刚度、耗能能力、延性和用钢量等重要指标，发现如下规律：

（1）Q345-20模型的滞回性能最好、Q690-20模型用钢量最省，Q460-20模型具有较好的滞回性能并且用钢量较省。

（2）与Q345-20模型相比，虽然Q460-20模型和Q690-20模型的滞回性能都有不同程度的降低，但它们仍然具有一定的延性和耗能能力，且其承载能力有所提高。

[1]POPOV P E, ENGELHARDT M D. Seismic eccentrically braced frames [J].J Construct Steel Research, 1988(10):321-354.

[2]戴国欣,王飞,施刚,等.Q345与Q460结构钢材单调和循环加载性能比较[J].工业建筑, 2012, 42(1): 13-17.

[3]施刚,石永久,王元清.超高强度钢材钢结构的工程应用[J].建筑钢结构进展, 2008, 10(4): 32-38.

TU391

B

1007-6344（2016）07-0338-01

舒伟伟，男，1988-，主要从事结构工程设计及研究，广州市荔湾区流花路97号，510010