两种X 形钢支撑体系的抗侧性能对比分析

赵杰峰　崔立杰　张书娜

(邢台职业技术学院，河北邢台　054035)



两种X 形钢支撑体系的抗侧性能对比分析

赵杰峰崔立杰张书娜

(邢台职业技术学院，河北邢台054035)

摘要:介绍了新型X形钢支撑结构的设计方法，通过建立有限元模型，从抗侧性能与横梁挠度两方面，对比分析了新型X形支撑体系与传统X形支撑体系的差别，为新型X形支撑结构的研究和实践提供了理论依据。

关键词:X形支撑体系，抗侧性能，横梁挠度，水平荷载

0　引言

传统的跨层X形支撑结构，支撑连接在钢梁上，框架竖向变形时会带动支撑一起变形，从而会使支撑承担一部分竖向荷载的作用，降低支撑的抗侧性能。新型的跨层X形支撑结构支撑并不是直接连接在钢梁上，而是通过牛腿与钢梁进行连接［1］。牛腿与牛腿之间竖向可以自由滑动，而水平方向接触紧密，实现了在竖向荷载作用下支撑不受力，同时保证侧向刚度不降低。模型如图1所示。

图1　新型X形支撑体系模型

1　有限元模型介绍

框架和支撑的模型采用Beam188梁单元，牛腿的模型采用Solid45单元。牛腿与牛腿之间采用接触单元Targel170和Contal174［2］。

2　两种X形支撑体系的抗侧性能对比分析

表1　X形支撑模型尺寸表

本文设置了三组模型来对比两种X形支撑体系的抗侧性能，尺寸见表1，不承受竖向力的新型X形支撑体系和传统的X形支撑体系模型的各部分尺寸都相同。但新型的X形支撑体系支撑牛腿和钢梁牛腿采用接触单元，框架所承受的竖向力不会传递到支撑上。传统的X形支撑体系支撑牛腿和钢梁牛腿完全耦合，框架所承受的竖向力会传递到支撑上。

在模型的顶端施加位移荷载，三组模型的力和位移的关系图如图2～图4所示。

图2　支撑长细比为130的跨层X形模型荷载位移图

图3　支撑长细比为102的跨层X形模型荷载位移图

图4　支撑长细比为75的跨层X形模型荷载位移图

极限荷载和相对应的侧移角如表2所示。

通过对比三组模型的水平荷载与侧移角的关系可以发现，在侧移角比较小的时候，两种体系的荷载侧移曲线完全重合，随着侧移的增大，两种体系的荷载侧移曲线发生了分离，相同侧移下，新体系所承担的水平荷载更大。这说明，在弹性阶段，新型X形支撑体系的抗侧性能和传统的X形支撑体系的抗侧性能没有差别，但是随着侧移的变大，两种体系的抗侧性能出现了差别，支撑屈服时，这种差别达到最大，随后又逐渐趋于一致。

表2　三组模型极限荷载—侧移对比表

由表2可以看出新体系和传统体系相比，所能承担的极限荷载要大于传统体系，此时结构的侧移要比传统的跨层X形支撑结构达到极限荷载时的侧移小，这说明新体系的抗侧刚度比传统体系大。支撑的长细比越小，两种体系水平荷载与位移的关系曲线越接近，抗侧刚度的差距越小。

3　两种X形支撑体系的横梁挠度的对比

两种体系三组模型的横梁挠度与侧移的关系曲线如图5～图7所示。

从图5～图7中可以看出，一开始新形X形支撑体系的横梁挠度大于传统的X形支撑体系，这是因为新体系在竖向荷载作用下支撑不受力，不能作为横梁的支座，所以横梁的挠度大。但是随着水平侧移的增大，新体系和传统体系的横梁挠度的差别逐渐减小，最后完全相同，见表3。

图5　支撑长细比130的模型横梁挠度与侧移角关系图

所以虽然新体系在弹性阶段横梁的变形大于传统体系，但是最终两种体系的横梁的变形大小是没有差别的，所以两种体系的横梁在设计时是相同的。

图6　支撑长细比102的模型横梁挠度与侧移角关系图

图7　支撑长细比75的模型横梁挠度与侧移角关系图

表3　三组模型挠度对比表

4　结语

本文设置了三组模型，对比了新型的跨层X形支撑结构和传统的跨层X形支撑结构水平荷载与侧移的关系曲线，发现在弹性阶段，两种体系的抗侧刚度相同，进入塑性后，新体系的刚度开始大于传统体系，当支撑屈服时这种差别达到最大。然后两种体系的水平荷载与侧移的关系曲线又逐渐趋于一致。新体系的横梁挠度虽然在弹性阶段比传统体系的横梁挠度大，但是结构破坏时两种体系的横梁挠度是相同的，所以新体系从设计上来说和传统体系相比并不需要增大横梁的刚度。

参考文献:

［1］童根树，罗桂发，张磊，等．一种免承重力钢框架支承体系［J］．钢结构，2009(sup):32．

［2］王勖成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法［M］．第2版．北京:清华大学出版社，1996．

Comparative analysis on anti-lateral performance of two kinds of X-style bearing systems

Zhao JiefengCui LijieZhang Shuna
(Xingtai Vocational College，Xingtai 054035，China)

Abstract:With an introduction on the design methods of new X-style steel bearing structure，through establishing finite element model，and starting from two aspects of anti-lateral performance and horizontal beam deflection，the paper comparatively analyzes differences of new X-style bearing system and traditional X-style bearing system，which has provided some theoretical basis for studying and practicing new X-style bearing structure．

Key words:X-style bearing system，anti-lateral performance，horizontal beam deflection，horizontal load

作者简介:赵杰峰(1986-)，男，助教;崔立杰(1987-)，男，助教;张书娜(1987-)，女，助教

收稿日期:2015-10-29

文章编号:1009-6825(2016)01-0064-02

中图分类号:TU311

文献标识码:A