含有摇摆柱的钢框架受力及整体稳定性分析

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建筑钢结构由于其抗震滞回性能良好而广泛应用于各种建筑形式中,但钢结构突出的稳定性问题又备受关注。作为最常见的钢框架形式,我们通常将所有的梁柱连接设计为刚性连接,但其中也会出现铰接连接。摇摆柱框架可在节点用钢量上有所节省,但其受力及稳定性有自身的特点。为了有利于该结构形式的推广,本文分别从以下几个方面对该结构形式进行了力学性能和稳定性能的研究。  第一方面,研究含有摇摆柱的钢框架中的摇摆柱计算长度系数,并借助计算长度系数法研究钢框架中加入摇摆柱的多少等因素对结构整体的受力和稳定性影响。  第二方面,给定一刚接框架作为对比,然后在此刚接框架模型的基础上,将其内部刚接柱子由少至多换为摇摆柱,增加摇摆柱在此结构中的含量,直至该结构在设计荷载下的位移值超出规范要求。对这些不同摇摆柱含量的框架分别进行极限承载力、刚度、延性和塑性区发展的状况的对比,验证了在多层框架中加入摇摆柱的可行性。  第三方面,仍以上节给定刚接框架作为对比模型,设计一等用钢量含摇摆柱的框架,并研究其极限荷载、刚度、延性、屈服时塑性区发展以及该摇摆柱框架结构形式的缺陷敏感性。结果表明摇摆柱框架结构形式在以上性能方面与刚接框架相当或稍好。  第四方面,为进一步研究半刚性节点在摇摆柱框架中的应用,给定一半刚性节点和柔性节点的精细模型,用有限元法分别对两种节点是否存在预紧力的情况进行研究,得到M-Φ曲线,为下一章节中半刚性节点应用提供依据。  最后,以一平面刚接双跨三层框架为对比模型,将中柱改为摇摆柱作为摇摆柱框架模型。分别在两模型中加入半刚性节点,在选定的三条地震波作用下研究这两种结构形式的地震响应,结果显示摇摆柱框架在加入半刚性节点后在地震作用下的响应削弱更多。  最终结果表明,摇摆柱钢框架不仅可节省材料费用和安装费,其延性等力学性能和稳定性也较好,地震荷载作用下加入半刚性节点的内力削减效果也更加明显。这为摇摆柱在多层钢框架中的应用推广提供了参考。
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