由内力分布可知,隅撑具有梁单元的受力性能,并被支撑分成两个耗能段,每个耗能段在水平力作用下将承受较高的弯矩和均布剪力,轴向力相对较低(和隅撑—支撑间的角度有关),其受力性能与偏心支撑框架中的耗能梁段相似。
由于耗能段所受的剪力分布均匀,如不考虑局部高应变,一旦形成
图 3 分析模型简图
剪切塑性铰,该铰的分布范围将很大,甚至充满整个耗能段。剪切型耗能段具有非常好的变形能力,可以耗散更多的能量。据Engelhardt和Povov分析,细部构造合理的剪切型耗能段,其转动角度可达0.1rad,而弯曲耗能段的转角仅可达到0.02rad。剪切型耗能段比弯曲型耗能段具有更好的延性和耗能能力,设计时应优先选用剪切型耗能段。
隅撑—支撑框架结构的耗能性能分析
(1)分析方法
使用非线性有限元软件ANSYS来分析隅撑—支撑钢框架结构
表 1 模型参数
的滞回性能。梁、柱和隅撑采用双重非线性四节点矩形等参壳单元Shell181,支撑采用梁单元Beam188;两种单元都考虑了几何和材料两种非线性,通过线性随动强化的材料本构关系考虑钢材鲍辛格效应;不考虑初始缺陷和残余应力;假定材料为初始各向同性。均采用位移增量形式的牛顿—拉普森迭代法求解非线性有限元方程。
(2)构件设计
因为隅撑—支撑钢框架的特色是水平作用力主要由隅撑来承受,损坏也仅发生在隅撑上,其他构件均不受损坏。在设计构件的尺寸时,应使隅撑先屈服。为了使隅撑的耗能性能得以充分发挥,应使支撑的承载力大于隅撑屈服时的承载力的1.6倍,以保证支撑不屈曲。模型参数见图3和表1。