基于钢框架结构抗震性能分析

2018-02-16刘建飞

建材与装饰 2018年10期

刘建飞

（邢台市建筑设计研究院有限公司 054000）

引言

钢结构由于其有着轻质、高强、易于制作、建造灵活且抗震性能较好的特点，在现代化建设中被广泛应用。但近年来，有学者通过对实际地震中受到损坏的钢结构框架进行研究，提出了对钢结构抗震性能的质疑，因为事实证明受非均匀变化力的影响，钢结构的抗震性能确实有所降低。因此我们要站在不同角度下，从多方面入手，对钢结构的塑性变形情况进行研究，以此达成对钢框架结构的抗震性能的分析。

1 建立钢结构框架模型

进行钢框架结构抗震性能分析首先要建立相关实验模型，模型选择上，我们一般采用Q235B级钢材，进行框架搭建，框架构件采用热轧型钢HW250×250×9×14，结构所在场地选取Ⅱ类场地：①对单榀框架进行受力分析，对其加载600kN的集中荷载和30kN/m的均布荷载，对梁和柱子采用刚节点设计，柱脚采用固定支架进行固定，顶部无相应支撑。②进行结构计算参数和结构模型构建，在钢结构的结构模型上采取双线性随动强化构型，结构材质的屈服强度选取215MPa，而取弹模E则选取=200GPa，泊松比V选取0.30的，通过相关软件对动力模型进行验算，对其环境默认为理想环境，材质也默认为理想材质，亦满足屈服阶段的屈服原理。③选取结构模拟地震波，通过设备，在Ⅱ类场地中采用Taft地震波和埃而森特罗波，波动间隔时间为0.02s，抗震加速度为0.1g，总作用时间设定为20s。通过地震波的作用时间和作用类型对不同波动对结构进行作用，从而再将其影响进行对比，以得出相应结果。

2 钢框架顶部位移结果分析

通过上述结构模型的反复试验，我们可以看到不同地震波的作用下，钢结构的顶部是有位移产生的，通过研究人员对不同地震波作用下的顶部位移绘制坐标分析图（作用时间为横轴，位移情况为纵轴），然后我们在根据这个坐标图进行对比分析，从而得到不同地震波作用下的破坏性能以及最大位移情况。在得到后数据后，再通过计算机PKPM相关软件进行软件计算，我们可以得出：在选取100cm/的Taft地震波和150cm/的埃而森特罗波进行作用的时候，钢结构是没有被破坏的，没有发生位移；而在300cm的波束作用下，结构遭到了破坏，其Taft地震波作用下最大位移是52mm，而在埃而森特罗波作用下却产生了57mm的位移，由此可见，这个结果与钢结构设计规范的相关要求还是有很大差距的，还无法满足钢结构设计规范的相关要求。

3 框架底部位移情况分析

通过比较，我们可以看到，钢结构框架在不同波速和不同类型波形作用下，其会产生不同情况的位移和转角，通过反复对比研究发现，当波速在100～150m的时候，柱脚虽有位移，但位移范围在规范要求的范围内，而随着波速的增大，当最大到300/m时，其位移达到最大，影响也变得越来越大，由此可见，波速和波型会对结构柱脚造成相应的影响。

4 竖向地震荷载作用下的屈服情况分析

同样，我们通过本文第一点中所说的钢结构模型试验，我们发现，其竖向的屈服强度在静荷载和动荷载情况下是有所不同的：静荷载情况下，我们以静荷载600kN的集中荷载和30kN/m的均布荷载作用下发现，钢框架梁的最大挠度是19，其顶部的最位移是13mm。而在动荷载作用下，当动荷载是600kN，振动周期为0.02s时，钢框架梁的最大挠度是23，其顶部的最位移是10mm.由此可见，动荷载作用下的最大挠度会更大，这说明，在动力荷载作用下，钢框架结构更容易达到屈服的极限，更容易被破坏。

5 塑性（韧性）破坏分析

我们根据本文第一点所说的单榀框架模型在不同地震波作用下的受力情况及变形情况进行分析，得出钢框架结构在弹性和塑性方面的变化结果。原则上，从钢结构框架本身的性能来讲，其是有很好的韧性和塑性的，这对于抗震来说，是有十分有利的。我们通过上述模型试验得出，采取不同加速度和不同的波形类型时，其塑性和韧性也是有所差异的，但总的来说，还是在标准设计的范围内，这一结果来看其塑性和韧性是极好的。但我们在进行相关设计时，还是需要注意采取一些塑性阶段的设计方法，以避免由于承载力过低，或者受力点过于集中，导致钢框架结构本身遭到屈服破坏。

6 性能分析结果

①钢结构顶端位移受波速的影响，当波速增大到300时，顶端结构位移达到最大，钢结构达到屈服极限，会遭受到相关破坏。②从框架底部位移情况可见，在不同的水平地震作用下，抗震性能相对较好，但波速大于300时，也会造成明显影响。③从竖向地震荷载作用下的分析情况来看，结构强度会随着振动周期荷载的变化而变化，动力荷载作用下，钢框架结构的抗震性能会下降。