偏心支撑耗能梁模态分析

白文魁

摘 要 本文通过有限元软件SAP2000建立了10个12层的K型偏心支撑半刚接钢框架模型，其中6个以耗能梁段的长度为变量、4个以梁柱节点初始转动刚度为变量，分别对其进行了模态分析及Pushover分析，以研究其对结构动力特性及弹塑性受力性能的影响。

关键词 偏心支撑 耗能梁段 弹塑性

中图分类号：TU391 文献标识码：A

1偏心支撑钢框架的工作原理

钢框架结构是目前较常用的结构形式之一，它由梁和柱构成，具有结构简单、布置灵活、空间跨度大等优点，具有良好的优秀的延性、刚度、耗能能力及抗震性能等结构性能。在水平荷载作用下，高层建筑结构会产生较大的侧移，易超出规范规定的限值，所以在高层建筑中钢框架结构的应用受到了限制。在结构中布置支撑能够有效减少高层钢框架结构的侧向移动。在框架结构中，偏心支撑属于一种常用类型。偏心支撑钢框架是指每根支撑至少有一端与框架梁相连，并且具有一定长度的耗能梁段。耗能梁段是偏心支撑钢框架结构中主要的耗能构件。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010关于耗能梁段的强度及宽厚比有如下规定：耗能梁段所使用钢材的屈服强度不应大于345MPa，且板件的宽厚比与同跨内的非耗能梁段相比，应符合的限值要求。

弹性阶段，偏心支撑钢框架结构具有良好的刚度，其抗侧移水平与中心支撑钢框架接近；在弹塑性阶段，偏心支撑钢框架结构具有优秀的耗能能力，延性与纯框架接近，集合了两者的优点，是一种良好的抗震和抗侧移的结构。

2等效单自由度体系的建立

本文主要用Pushover分析法进行分析，并提出以下两点假设：

（1）结构模型的地震反应以第一振型为主；

（2）结构沿高度方向的变形在整个地震反应中保持不变。

该假设没有严格的理论依据，但对于以第一振型为主的地震反应该方法具有一定的合理性。

由上述假定可知，Pushover分析是以将多自由度结构体系等效为单自由度体系为前提条件，转换的方法并没有唯一的标准，但基本上都是通过结构的动力运动方程进行等效转换。

3建模计算

本文所建立的模型是一个X方向为5跨、Y方向为3跨、高12层的K型偏心支撑半刚性连接钢框架结构，抗震设防烈度为7度（a=0.10g），罕遇地震下水平地震影响系数最大值为0.50，设计地震分组为第一组，场地类型为Ⅱ类，特征周期为Tg=0.35s，阻尼比为=0.05，结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。X、Y方向跨度各为6米，层高为3米。根据结构及构件的尺寸及柱网布置信息，建立结构模型。支撑在X、Y方向均有布置，主梁和柱的连接均采用半刚性连接（见表1）。

对以耗能梁段长度为变量的模型进行模态分析，得到结构的振型、基本自振周期及在X、Y和Z方向上的质量参与系数。此模型的前三阶振型具有相同的振动规律，且皆符合《抗规》的规定，即结构的第一阶及第二阶振型分别是为沿着X方向和Y方向的平动，扭转则出现在了第三阶振型当中。

4结论

本模型第一阶振型中，、，说明该振型中结构沿X方向的质量参与系数为76%、绕Y轴转动质量参与系数为15%，故该振型为X方向的平动；第二阶振型中，，说明该振型中结构沿Y方向的质量参与系数为75%、绕X轴转动质量参与系数为20%，故该振型为Y方向的平动；第三阵型中，X及Y方向的质量参与系数皆为零，只有，故该振型为绕Z轴的扭转运动。

结构的前8阶振型在X和Y两个方向的累计质量参与系数SumUX和SumUY分别为（0.90，0.90），均不小于0.90，符合规范的限值要求。

参考文献

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