考虑楼板效应的钢结构地震反应对比分析
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钢结构的地震响应分析地震是一种自然灾害,对于建筑结构的稳定性和安全性具有很大的威胁。
钢结构作为一种常用的建筑结构材料,其地震响应特性一直备受研究者们的关注。
本文将探讨钢结构在地震中的响应分析及其相关问题。
一、地震对钢结构的影响地震的发生会产生水平方向的地震力,这会对钢结构产生一系列的影响。
首先,地震会引起钢结构的惯性力,使结构产生位移。
其次,地震还会产生动力效应,如共振和相关的振动现象,这会导致结构的破坏。
此外,地震还会引起结构的非线性变形,如局部破坏等。
二、钢结构地震响应的分析方法为了研究钢结构在地震中的响应,人们提出了多种分析方法。
常见的方法包括静力分析、模态分析和时程分析。
1. 静力分析静力分析是一种简化的方法,常用于低层结构或设计上限状态。
它通过假设地震担载为静力作用,并计算结构的应力、变形和位移。
然而,该方法忽略了结构的动力响应,因此对于高层结构和重要结构来说并不准确。
2. 模态分析模态分析是一种考虑结构的振动特性的方法。
它根据结构的固有振动模式和固有周期,分析结构在地震激励下的响应。
该方法更适用于多自由度结构,可以较准确地预测结构的位移和加速度响应。
3. 时程分析时程分析是一种全面考虑地震过程的方法,它通过数值模拟地震过程,并考虑结构的非线性行为,可以得到结构在地震过程中的时序响应。
这是一种更精确的方法,但计算量较大。
三、钢结构地震响应的优化策略钢结构地震响应的优化策略主要包括结构抗震性能设计、减震设计和隔震设计。
1. 结构抗震性能设计结构抗震性能设计旨在提高钢结构的抗震能力和耐久性。
该设计方法要求在地震发生时,结构在承受地震力作用下仍能保持正常运行,无塌陷的危险,并降低破坏可能性。
2. 减震设计减震设计是通过在结构中引入减震装置来减小地震对结构的影响。
常见的减震装置包括摩擦阻尼器、液压阻尼器等,它们可以吸收地震能量,减小结构的动力响应。
3. 隔震设计隔震设计是通过在结构与地基之间加入隔震层,将地震能量引导到隔震层中,减小了地震对结构的影响。
航站楼屋盖大跨度钢结构动力特性地震响应分析一、内容综述随着科技的飞速发展,世界范围内的基础设施建设不断取得新的突破。
在众多的基础设施项目中,航站楼屋盖大跨度钢结构作为重要的结构形式,其动力特性及其抗震性能的研究逐渐受到人们的关注。
本文旨在对近年来航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行详细阐述,以期为相关领域的科研和工程实践提供有益的参考。
航站楼屋盖大跨度钢结构具有空间刚度大、结构形式多样、材料种类繁多等特点。
在地震作用下,这些特点使得钢结构易产生复杂的振动现象,如颤振、模态转换、振动衰减等。
这些振动不仅会影响建筑物的正常使用,还可能对结构的安全性造成严重威胁。
对航站楼屋盖大跨度钢结构的地震响应进行分析,具有重要的理论意义和实际应用价值。
关于航站楼屋盖大跨度钢结构地震响应的研究已取得了一定的成果。
由于钢结构本身的复杂性和地震作用的随机性,现有的研究仍存在一定的局限性。
对于不同地震动特性、不同截面形式的钢结构,其地震响应规律尚不完全明确;对于钢结构的减震控制技术,也缺乏系统的研究和实证分析。
本文拟在现有研究的基础上,进一步深入探讨航站楼屋盖大跨度钢结构的地震响应问题,为相关领域的研究提供新的思路和方法。
本文还将对航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行详细的实验研究。
通过搭建足尺模型,利用激光测振仪、高速摄像机等多传感器技术,对钢结构的地震响应进行实时、精确的测量。
还将开展振动台试验,模拟实际地震环境下的钢结构动力响应行为。
这些实验研究将为理论分析提供有力的支撑,也为后续的结构设计和减震控制技术的研究提供新的途径。
本文将对航站楼屋盖大跨度钢结构在地震作用下的动力特性进行深入研究,旨在为航站楼屋盖大跨度钢结构的设计、施工和抗震性能评估提供理论依据和技术支持。
通过实验研究,揭示钢结构在地震作用下的动力学行为,为相关领域的研究和应用提供新的思路和方法。
1. 航站楼屋盖结构的重要性在现代交通枢纽中,航站楼屋盖结构承载着重要的功能。
钢结构建筑在地震中的抗震性能研究与优化引言随着城市化的进程和人口的不断增长,地震给城市带来的灾害性影响越来越受到人们的关注。
作为一种重要的建筑材料,钢结构由于其独特的优势在地震中展现出了极高的抗震性能。
本文将针对钢结构建筑在地震中的抗震性能进行深入研究,并探讨如何优化其抗震性能。
第一章钢结构材料的特点及其影响1.1 钢结构的优点与不足钢结构具有优异的抗拉强度和刚度,可以有效承受地震力的作用,但其在抗压和抗弯方面相对较弱,因此需要对结构进行合理的设计和优化。
1.2 钢材的力学特性钢材具有较高的屈服强度、抗拉强度和弹性模量,这些特性对钢结构的抗震性能起着重要影响。
第二章钢结构建筑的地震反应及其分析方法2.1 钢结构地震反应的分类钢结构在地震中可能产生的反应包括与建筑物的整体位移、变形、应力以及地震能量的分散等。
2.2 钢结构地震反应的评估方法常用的钢结构地震反应评估方法包括静力弹塑性分析、时程分析和模态分析等,这些方法可以有效评估钢结构在地震中的性能。
第三章钢结构建筑的抗震设计原则3.1 强度设计原则钢结构的强度设计原则是确保结构在地震中不超过其强度极限,从而保证其完整性和稳定性。
3.2 刚度设计原则钢结构的刚度设计原则是通过控制结构的变形,降低地震作用引起的结构响应。
3.3 能量耗散设计原则能量耗散设计原则是通过设计能够吸收和分散地震能量的结构元素和装置,降低地震对结构的破坏。
第四章钢结构抗震性能优化方法4.1 结构配置优化通过优化钢结构的布置和构造形式,可以提高结构的刚度和强度分布,增强其抗震性能。
4.2 材料选择和性能优化选用具有较高屈服强度和延展性的钢材,可以提高钢结构的抗震性能。
4.3 防震措施的改进与完善加强连接节点的设计,增加剪力墙、支撑等措施,可以提高钢结构在地震中的整体稳定性。
结论在地震中,钢结构建筑具备较高的抗震性能,适宜于抵御地震所带来的力量。
通过合理的设计原则和优化方法,可以进一步提高钢结构的抗震能力。
浅析地震对钢结构住宅作用效果的计算摘要:底部剪力法、反应谱法和时程分析法是计算地震作用效果最常用的三种方法,本文对他们的各自的原理、优缺点进行了阐述,以其为合理的选择计算方式提供一定的参考。
关键词:钢结构;抗震设计;计算进入21世纪以来,在我国钢结构住宅以其卓越的抗震性能、良好的材料强度、延性,便利的施工要求得到了快速的发展。
我国是一个地震多发的国家,特别是我国的三大地震带在历史上有记载的大地震就有上百次之多,因此如何设计出“大震不倒”的钢结构住宅成为设计中的关键,本文就地震作用的计算方法进行了简单的归纳与分析。
由于钢结构的类型和体型存在各种差异,因此计算过程应在符合结构地震反应特点和规律的基础上尽量的简化。
目前抗震设计中常用的方法包括:底部剪力法、反应谱法和时程分析法:1 底部剪力法(拟静力法)底部剪力法是计算规则结构水平地震作用的简化方法,是用静力学近似解决动力学问题的简单方法,其基本思想是在静力计算的基础上,将地震作用简化为一个惯性力系附加在研究对象上,其核心是设计地震加速度的确定问题。
其特点是物理概念清晰,计算方法较为简单,计算工作量小,参数容易确定,并且经过多年的使用积累了丰富的使用经验。
计算的前提是结构底部总的地震剪力与等效质点水平地震作用相等,各层的重力荷载受力区集中于楼盖处,在每个主轴放开仅考虑一个自由度。
因此,总水平地震作用的标准值及其沿高度的分布公式如式1、式2所示:(1)(2)式中:FEK-结构总水平地震作用标准值;α1-相应于结构基本自震周期T1的水平地震影响系数;Geq-等效质点的重力荷载;Fi-集中于第i层地水平地震作用标准值;H-层高度;G-层重力荷载代表值;δN-顶部附加地震作用系数。
但该方法不适用与地震时土体刚度有明显降低或者产生液化的场合,只适用于加速度较小,动力相互作用不甚突出的钢结构抗震设计。
2 反应谱法2.1 平动的振型分解反应谱法该方法是把钢结构同一方向各阶平动振型作为广义坐标,每个振型作为一个等效的单自由度体系,然后按照反应谱理论来确定地震作用和相关的弯矩、剪力轴向力等地震效应,继而再进一步求出整个结构的地震作用效应。
钢混凝土组合结构体系抗震性能研究与地震易损性分析一、本文概述本文旨在对钢混凝土组合结构体系的抗震性能进行深入的研究,并对其在地震作用下的易损性进行全面的分析。
钢混凝土组合结构体系作为一种先进的建筑结构体系,结合了钢材和混凝土两种材料的优点,具有较高的承载能力、刚度和延性,因此在现代建筑工程中得到了广泛的应用。
随着地震活动的频繁发生,对钢混凝土组合结构体系的抗震性能及地震易损性的理解显得尤为重要。
本文将首先介绍钢混凝土组合结构体系的基本原理和特点,包括其结构形式、受力机制以及设计原则等。
接着,通过理论分析和实验研究的方法,探讨钢混凝土组合结构体系在地震作用下的动力响应特性和能量耗散机制。
在此基础上,本文将进一步开展钢混凝土组合结构体系的地震易损性分析,建立相应的易损性评估模型,分析不同地震动参数和结构参数对结构易损性的影响,为工程实践提供科学依据。
本文的研究不仅有助于深化对钢混凝土组合结构体系抗震性能的认识,而且可以为相关工程的设计、施工和维护提供理论支持和指导,对提高我国建筑工程的抗震能力具有重要意义。
二、钢混凝土组合结构体系概述钢混凝土组合结构体系是一种将钢材和混凝土两种材料有效地结合在一起,形成共同受力、协同工作的新型结构体系。
这种结构体系充分利用了钢材的高强度、高延性以及混凝土的抗压性能强、成本相对较低等优点,从而实现了优势互补,提高了整体结构的性能。
钢混凝土组合结构体系主要包括钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、外包钢混凝土结构等几种形式。
钢骨混凝土结构是在混凝土中嵌入钢骨,通过钢骨和混凝土的共同作用来承受荷载钢管混凝土结构则是在钢管内填充混凝土,利用钢管对混凝土的约束作用,提高混凝土的抗压性能外包钢混凝土结构则是在混凝土构件外部包裹一层钢材,增加构件的承载能力和延性。
在抗震性能方面,钢混凝土组合结构体系具有显著的优势。
钢材和混凝土的结合使得结构在地震作用下能够更好地吸收和耗散地震能量,减少地震对结构的破坏。
钢结构设计减震隔震技术分析发布时间:2023-05-30T00:57:18.005Z 来源:《新型城镇化》2023年10期作者:游志华[导读] 本文就钢结构减震隔震设计方面做出了一些研究,主要从钢结构抗震设计原则、钢结构减震隔震设计和钢结构减震隔震技术的优化及应用三方面做出分析,希望能为各位同行带来一些启发。
身份证号码:410603199009xxxxxx 广东省深圳市 518000摘要:在建筑结构设计的各种工况中,地震对于建筑物的破坏性是比较严重的。
为了降低地震对建筑物的影响,更好的保存建筑的完整性,在建筑的设计施工中,适当加入减震隔震技术,可以使建筑物得到更好的抗震性能,本文就钢结构减震隔震设计方面做出了一些研究,主要从钢结构抗震设计原则、钢结构减震隔震设计和钢结构减震隔震技术的优化及应用三方面做出分析,希望能为各位同行带来一些启发。
关键词:钢结构建筑;减震隔震设计;不规则钢结构引言:抗震措施不到位,会导致建筑出现墙体开裂、倾斜、甚至坍塌等情况,严重影响建筑物内部及周边人员的生命财产安全。
然而地震无法避免的,地球上每年发生大大小小的地震总计有500多万次,其中只有5万次是人们可以感觉到的有感地震,每年发生可能造成破坏的中等以上地震约有1000次左右。
建筑结构设计过程中需要通过一些措施来减弱地震效应,减隔震技术是一种十分有效的技术,可以有效减轻地震对建筑造成的影响。
经过几十年的发展,钢结构在建筑中的应用已经十分广泛,因其材料轻质高强、变形性能优异等优点,在建筑结构抗震设计中表现出了出色的抗震性能,超高层建筑中更是多采用钢框架-核心筒结构形式进行结构设计,大型的体育场馆、机场等大空间大跨度屋盖结构也多采用钢结构进行结构设计。
因此,钢结构的抗震及减震隔震设计又成为建筑结构设计师们一个重要的研究方向。
一、钢结构抗震设计原则钢结构的抗震性能钢结构的抗震性能是建筑结构设计中的重要考虑因素。
钢结构具有出色的抗弯和抗剪能力,偏心受力能力强,材料质量轻强度高,能够在地震中快速、有效地反应和吸收地震作用力,减少建筑物受损;而且钢结构材料可以回收利用,减少了对环境的影响;甚至钢结构中一些关键构件可以进行更换,从而延长了整个结构的使用寿命。
钢结构抗震性能分析
钢结构一直以其高强度、良好延展性和可塑性而在建筑领域广泛应用,然而,
在地震灾害中,钢结构的抗震性能常常被质疑。
这一现象的背后究竟是什么原因导致的呢?
首先,钢材的材料特性决定了钢结构的抗震性能有限。
虽然钢材具有高强度和
延展性,但在地震作用下,钢结构完整性容易受到影响,局部构件易发生弯曲、扭转等破坏,从而影响整体结构的稳定性和抗震能力。
其次,钢结构的设计和施工质量直接影响其抗震性能。
在设计过程中,若未充
分考虑地震影响因素、结构连接的合理性等,容易导致结构刚度不足,抗震性能不理想。
同时,施工质量的不达标也会造成结构存在裂缝、虚粗以及焊缝质量等问题,使得钢结构在地震中受力不均衡,抗震性能受损。
另外,维护保养的不到位也会影响钢结构的抗震性能。
长期使用过程中,若未
及时检修、维护结构表面防腐涂层等,可能导致锈蚀、腐蚀等问题,在地震作用下使结构材料性能下降,从而影响整体抗震性能。
针对以上问题,提高钢结构的抗震性能需从多个方面入手:一是在设计阶段增
加地震影响考虑,合理配置结构的刚度与强度,提高结构整体的抗震性能;二是加强施工管理,确保结构质量和连接部位的可靠性,提高结构的抗震性能;三是加强维护保养,及时检修结构,保持结构表面完整性,延长结构使用寿命。
综上所述,钢结构抗震性能不佳主要原因在于材料特性、设计施工质量和维护
保养不到位。
只有在各个环节都得到重视和改善,才能提高钢结构的抗震性能,确保结构在地震中的安全稳定。
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钢结构抗震分析在建筑工程中,钢结构作为一种重要的建筑结构形式,在抗震设计中扮演着至关重要的角色。
钢结构的抗震性能直接关系到建筑物在发生地震时的安全性,因此对钢结构的抗震性能进行分析具有重要意义。
1. 地震与结构抗震设计地震是自然界一种破坏性很强的现象,地震引起的破坏主要包括结构的弯曲、剪切、位移等形式。
因此,在设计钢结构时,抗震性能必须得到充分考虑。
抗震设计旨在确保建筑结构在地震发生时具有足够的稳定性和承载能力,保护人员生命安全和减少财产损失。
2. 钢结构的抗震优势相比传统的混凝土结构,钢结构在抗震性能上具有明显优势。
首先,钢结构具有较高的强度和刚度,能够更好地分担地震力。
其次,钢结构施工周期短,具有较好的可塑性和延性,引发的损失相对较小。
因此,在地震频繁的地区,钢结构作为一种理想的结构形式备受青睐。
3. 钢结构抗震设计方法钢结构抗震设计的方法主要包括静力分析和动力分析两种。
静力分析是通过分析结构在地震作用下的静力平衡来确定结构的受力情况;而动力分析则是通过对结构在地震作用下的动力平衡进行研究,更为精确。
4. 钢结构抗震设计的考虑因素在进行钢结构抗震设计时,需考虑以下因素:结构的整体稳定性、主要构件的强度和刚度、连接件的设计等。
同时,在地震区域,还需考虑结构的柔性设置、减震措施等,以提高结构的抗震性能。
5. 结语综上所述,钢结构抗震分析是建筑工程中不可或缺的一环。
通过对钢结构抗震性能的深入研究和分析,可以有效提升建筑结构在地震作用下的安全性和稳定性,保障人员生命财产安全。
因此,在工程实践中,钢结构抗震设计的重要性不容忽视,应得到充分重视和实践。
基于规范的高层建筑风荷载与地震作用对比分析高层建筑在设计与施工过程中需要考虑到多种因素,其中包括风荷载与地震作用。
风荷载是指建筑物受到风的作用而产生的荷载,地震作用是指建筑物受到地震震动的影响而产生的荷载。
本文将基于规范对高层建筑的风荷载与地震作用进行比较分析。
首先,风荷载与地震作用的产生机理不同。
风荷载是由风向、风速、风压等因素决定的,而地震作用是由地震的震级、频率、振动周期等因素决定的。
风荷载作用于建筑物的外墙、屋顶等表面,而地震作用主要作用于建筑物的结构体系。
其次,风荷载与地震作用的特点也存在差异。
风荷载具有不均匀性和非静止性,即风的力量会不断变化,而且不同方向的风荷载也不同。
相比之下,地震作用具有不确定性和瞬时性,即地震会在短时间内产生瞬时的巨大力量。
风荷载对建筑物的作用是周期性的,而地震作用是一次性的。
此外,规范对于高层建筑的风荷载与地震作用有不同的计算方法和安全系数要求。
对于风荷载,规范一般采用了静力学方法进行计算,并根据建筑物的形状、高度、使用范围等参数来确定相应的风荷载系数。
而对于地震作用,规范会根据地震活动的频率、地震带的情况等因素,采用动力学方法来计算结构的地震反应,并要求建筑物在地震作用下具有足够的抗震安全储备。
最后,高层建筑的结构设计也存在差异。
为了能够承受风荷载和地震作用,高层建筑的结构体系通常采用了钢结构或混凝土结构,并结合适当的剪力墙、框架结构等来提高其抗风抗震能力。
而在设计时,需要根据规范对风荷载与地震作用的计算结果进行结构的优化设计,以确保高层建筑的安全性。
综上所述,高层建筑的风荷载与地震作用是设计与施工中需要考虑的重要因素。
虽然二者在产生机理、特点和计算方法上存在差异,但都要求建筑物具有足够的抗风抗震能力。
因此,在高层建筑的设计与施工过程中,需要根据规范对风荷载与地震作用进行合理的分析与比较,以确保建筑物的安全性。
考虑楼板效应的钢结构地震反应对比分析孙玉萍,万婧娟,刘 迪(兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州 730050)摘 要: 以10层钢结构为研究对象,在罕遇地震作用下,通过ANSYS有限元数值方法,对纯框架结构及偏心耗能支撑结构在考虑楼板作用与不考虑楼板作用情况下结构的地震响应进行了比较分析,结果表明:在考虑楼板作用下纯框架结构顶层位移X、Y方向分别减小了31.3%和33.9%;结构顶层加速度X、Y方向分别增大了39.7%和45.2%.由于楼板的约束效应,结构的整体刚度增加,自振周期减小.考虑比不考虑楼板作用同样的耗能结构耗能能力减小了,在分析耗能结构时不能忽略楼板作用.分析结果为钢结构抗震设计提供了参考.关键词: 钢框架;罕遇地震;楼板效应;偏心耗能支撑中图分类号: TU391 文献标志码: A 文章编号:1004 0366(2010)03 0122 04Comparative Analysis of Earthquake Responses ofSteel Frames under the Effect of Floor SlabsSUN Yu ping,WAN Jing juan,LIU Di(S chool of Civ il Engineering,Lanz hou Univ er s ity of Science and T echnology,L anz hou730050,China)Abstract: A10 lay er steel structure is studied as the object under a rare earthquake actio n,the earthquake responses o f a pure frame structur e and an eccentrically energ y dissipating brace structure are analyzed u sing ANSYS finite elem ent numerical metho d.T he result show s that the to p floor displacements in X and Y directions of the pure frame structure,w hen co nsidering slab actio n w ere reduced by31.3%and33.9%re spectively in contrast w ith those w ithout considering slab actio n.T he to p floo r accelerations in X and Y di r ectio ns of pure fram e structur e w hen considering slab actio n w ere increased by39.7%and45.2%respec tively in contrast w ith those w ithout considering slab action.Because of the constraint effect of floo r effect, the natural cycle w as decreased.The energ y dissipated of the same energ y dissipating structure w hen con sidering slab action w as reduced than that w ithout co nsidering slab actio n.T he slab action should no t be neg lected w hen w e analyze the energy dissipating structure.The results hav e a definite v alue for reference in the seismic desig n of steel str uctures.Key words: steel frames;rare earthquake;floor effect;eccentrically and energy dissipation brace常用的钢框架体系主要包括纯框架体系、带中心支撑体系和带偏心支撑体系[1~6],然而在研究时大多都忽略了楼板的作用.而在钢结构中结构本身比较柔,楼板的水平刚度比较大,对结构体系的影响是不容忽视的.下述以10层钢结构为研究对象,在考虑楼板作用效应下对纯框架及不同支撑形式钢框第22卷 第3期2010年9月 甘肃科学学报Journal of Gan su SciencesVol.22 No.3Sep.2010收稿日期:2010 03 10架的结构进行地震响应分析,得出在分析结构的耗能能力时不能忽略楼板作用,该结果对钢框架抗震设计具有一定的参考价值.1 分析模型的建立以10层钢框架为例,结构平面轴网尺寸为:长24m,宽18m ,柱距6m ,层高3m.柱采用箱型截面为400mm 400mm 20m m 20mm,梁采用H 型钢截面350m m 250m m 12m m 20m m,耗能梁段300mm 250mm 12m m 20m m,支撑400mm 400m m 350mm 12mm 20m m.结构平面布置如图1所示,ANSYS 空间模型如图2所示.图1结构平面图2 结构ANSYS 空间模型抗震设防烈度为8 , 类场地,设计地震分组为第2组.钢材选用Q 235钢.材料本构关系为考虑应变强化和带有下降段的三折线模型,满足Von Mises 屈服准则.混凝土的弹性模量E 值变化范围为100M Pa~30000M Pa.E =100M Pa 的工况相当于楼板对梁基本不提供约束,E =30000M Pa 的工况相当于楼板与钢梁的变形一致.实验证明楼板与梁的滑移量很小,可以忽略不计[7].建立有限元空间模型,梁柱采用beam189单元,楼板采用shell63单元,阻尼器采用com bin14单元,恒荷载及活荷载以质量块的形式加到结构上.设计2组分析模型,分别为考虑楼板和不考虑楼板作用.L B 1和K J 1分别为纯框架结构加楼板和不加楼板的情况.L B 2和K J 2分别为偏心耗能支撑结构加楼板和不加楼板的情况.2 有无楼板地震反应对比采用El centro(1940,NS)地震波对模型进行罕遇地震下的时程分析,取地震加速度时程曲线的峰值4m/s 2,而El centro 的峰值为3.417m/s 2,对地震波的各个数据乘以1.17的放大系数[6].对纯钢框架结构2个模型进行模态分析,计算得出K J 1与L B 1的周期分别为T 1= 2.1s 和T 2=1.67s.用等效质量法计算框架结构的周期m e =k jjni =1m ik ii, (1) =k m e , (2)T =2. (3)通过公式(1)、(2)得出结构的基本频率 =2.85rad/s,公式(3)得出T =2.2s.等效周期计算方法得出的周期是近似周期,在计算过程中视结构为悬臂梁忽略了楼板的刚度,把各层质量集中于各楼层处,等效周期计算得出的是周期的上限.10层框架结构把10个质点的质量等效为一个质点,合并整个结构的竖向承重构件成一根竖向杆,用结构每层的侧移刚度代表柱刚度.由等效质量法得出结构的近似周期为2.2s,与ANSYS 有限元软件计算的框架结构不考虑楼板的周期T 1= 2.1s 近似,从而证明ANSYS 建模正确,ANSYS 得出的结论可信.2.1 有无楼板作用顶层位移对比分析分析计算得出K J 1和L B 1的X 、Y 的顶层位移时程曲线,如图3、图4所示.123第22卷 孙玉萍等:考虑楼板效应的钢结构地震反应对比分析表1 KJ 1、LB 1X、Y方向顶层最大位移位移K J 1L B 1X向/m0.3086840.212044Y向/m0.3257410.215183ANSYS分析结果K J 1的Y向位移大于X向5.5%,L B 1的X向、Y向位移比较接近,Y向位移大于X向1.4%.由图3、图4可以看到加楼板的框架结构在地震作用2.5s之前与不加楼板的框架大致相同,之后X、Y两个方向的位移都显著减小.楼板的存在增强了节点的刚度减小了梁端的弯矩,可以满足抗震结构强节点弱杆件的要求,楼板提供的刚度增加结构的整体刚度结构周期减小.从表1可以得出加楼板之后X、Y向的顶层最大位移分别减小了31.3%和33.9%.从而进一步说明楼板的存在使结构受力更为合理,并增大了结构的整体刚度,使结构刚度重新分配,分析计算结果更加符合实际. 2.2 有无楼板作用顶层最大加速度对比分析加楼板之后结构的加速度明显增大见图5、图6,X向顶层最大加速度增加了39.7%,Y向顶层最大加速度增加了45.2%,见表2.这是由于楼板的刚度使结构整体刚度增加,加了楼板之后刚度增加,由表3可知K J 1的周期为2.1s,L B 1的周期为1.67s.由于楼板的约束效应,结构的整体刚度增加,自振周期减小,地震反应增强.表2 KJ 1、LB 1X、Y方向顶层加速度最大值加速度K J 1L B 1X向m/s2 5.974218.34752Y向m/s2 5.843748.48563表3 KJ 1、LB 1前6阶频率频率K J 1L B 1第1阶频率0.476470.60031第2阶频率0.489640.61103第3阶频率0.540120.68009第4阶频率 1.06770 1.89820第5阶频率 1.32960 1.92790第6阶频率 1.51960 2.152203 偏心耗能结构有无楼板对比3.1 有楼板作用下耗能减震结构耗能分析粘弹性阻尼器是由粘弹性材料与约束钢板组成,其性能通常用储能刚度K d、损耗因子 和每一滞回环的耗能能力E d来表示.在实际应用中,常采用将消能支撑简化为弹簧与Kelv in模型的阻尼器共同工作的计算模型[8].K J 2和L B 2,分别在 B~ C与 ~ 加偏心耗能支撑,阻尼器选用粘弹性阻尼器,结构支撑数量为50个,支撑布置如图7所示.图7 偏心耗能支撑布置立面表4 LB 1、LB 2最大层间位移位移L B 1L B 2顶部位移/m0.2151830.129685124甘肃科学学报 2010年 第3期罕遇地震作用下框架结构与偏心耗能支撑结构考虑楼板作用下地震反应对比分析,框架结构与偏心耗能支撑结构考虑楼板作用顶层位移时程曲线如图8所示.偏心耗能支撑结构顶部位移比框架结构明显减小,由表5可知偏心耗能结构比框架结构减小39.73%,因为加阻尼器之后结构的刚度和阻尼增加,地震作用下阻尼器耗散一部分地震能量结构的位移减小.3.2 无楼板作用下耗能减震结构耗能分析罕遇地震作用下框架结构与偏心耗能支撑结构不考虑楼板作用下地震反应对比分析,框架结构与偏心耗能支撑结构不考虑楼板作用顶层位移时程曲线如图9所示.偏心耗能支撑结构顶部位移比框架结构明显减小,由表6可知偏心耗能结构比框架结构减小58.4%,因为加阻尼器之后结构的刚度和阻尼增加,结构的位移减小.表5 KJ 1、KJ 2最大层间位移位移K J 1K J 2顶部位移/m0.3257410.135478由以上比较结果表明:加阻尼器之后结构的阻尼和刚度增大结构在罕遇地震作用下结构的位移减小,不考虑楼板作用偏心耗能结构比框架结构顶部位移减小了58.4%,考虑楼板作用下偏心耗能结构比框架结构顶部位移减小了39.73%.同样的结构,考虑楼板比不考虑楼板作用同样的结构耗能能力减小了,因为楼板自身也有阻尼和刚度,楼板对梁有一定的约束作用,从而说明在对结构分析时不能忽略楼板的作用.不考虑楼板效应的耗能结果不能指导实际设计,而考虑楼板效应更符合实际情况.4 结语通过ANSYS 有限元软件对10层纯框架罕遇地震作用下时程分析,得到如下结论:(1)由于楼板的约束效应,结构的整体刚度增加,自振周期减小,地震加速度响应增强.(2)对纯框架体系来说,由于楼板的约束效应,刚度进行重新分配,考虑楼板的纯框架X ,Y 向的最大位移比不考虑楼板刚度的纯框架分别减小了31.3%和33.9%.因此,有限元分析中不能忽略楼板的作用.(3)由于楼板的刚度使框架结构的自振周期变小加速度增大,考虑楼板的纯框架X ,Y 向的顶层最大加速度比不考虑楼板刚度的纯框架分别增大了39.7%和45.2%.(4)考虑楼板比不考虑楼板作用同样的结构耗能能力减小了,在分析结构的耗能能力时不能忽略楼板作用.参考文献:[1] 王元清,王斌斌,石永久,等.偏心支撑体系在多层钢框架中的应用研究[J].华中科技大学学报,2007,24(2):1 4.[2] 孙玉萍,王敏.粘弹性阻尼器钢框架减震性能分析[J ].甘肃科学学报,2008,20(3):126 129.[3] 张琴,楼文娟,陈勇.粘弹性阻尼器优化目标函数及实现方法[J].工业建筑,2003,33(6):10 13.[4] 王洪涛,谢礼力.考虑楼板作用的钢筋混凝土框架有限元模型及并行计算效率[J].地震工程与工程振动,2009,29(1):63 69.[5] 孙玉萍,王敏,王云.钢框架中粘弹性阻尼器的空间布置优化分析[J].工程抗震与加固改造,2008,30(5):29 32.[6] 孙玉萍,王敏,柳明亮,等.设置阻尼器后门式刚架的减震分析[J].甘肃科学学报,2009,21(1):129 131.[7] 石永久,苏迪,王元清.高层钢框架新型梁柱节点抗震性能影响的试验研究[J].土木工程学报,2006,39(9):26 31.[8] 周云.粘弹性阻尼器减震结构设计[M ].武汉:武汉理工大学出版社,2006.作者简介:孙玉萍(1963 )女,甘肃省兰州人,1995年毕业于同济大学,获工学硕士学位,现任兰州理工大学土木工程学院教授,硕士研究生导师,主要从事钢结构消能减震及其断裂研究.125第22卷 孙玉萍等:考虑楼板效应的钢结构地震反应对比分析。