试析材料强度对深梁滞回性能影响的有限元

减小字体 增大字体 作者:蒋红章,王芳  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2012-09-12 10:57:22

1、有限元模型的建立

1.1周边约束及基本假定

考虑在地震作用下钢板深梁先于钢框架破坏,在震后修复过程中可更换深梁。因此,深梁与钢框架的连结方式采用摩擦型高强螺栓连接。在用软件模拟分析时采用上下两端固定的边界条件。

根据钢框架填充钢板深梁的工作机理为简化计算,在理论分析过程中采用如下假设:

(1)深梁不承受竖向荷载,竖向荷载全部由两侧钢框架柱承担;

(2)高强螺栓连接刚度为绝对刚接,不发生平面内转动;

(3)钢板截面变形符合平截面假定。

1.2有限元模型的建立与网格划分

模型的尺寸完全按照已经给出的钢板试件尺寸建立,现以GJ4-1为例来进行建模。 建模时,采用自下而上的建模方法。先输入反映截面形式和尺寸大小的模型各关键点坐标,再将各关键点连成线,然后通过线创建面,一个面代表一块板。所建立的模型如图1.1(左)。

本文的构件形状较为规则,且沿着纵向无变化,为了保证计算的精度,更好的模拟结构特征,采用自由划分网格。网格划分如图1.1(右)。

2、有限元模型的加载

目前常用的拟静力加载规则主要有力控制加载、位移控制加载和力-位移混合控制加载三种。本文采用位移加载方式对结构进行非线性伪静力分析。在加载过程中,耦合钢板上端面,在耦合点施加集中往复位移荷载,以此得到钢板深梁的变形量,以及钢板深梁的荷载-位移滞回曲线。

3、模型加载结果的分析

滞回曲线分析

图3.1所示为钢板深梁不同跨高比的有限元分析所得到滞回曲线。

从图3.1的滞回曲线来看, GJ4-1滞回曲线饱满,耗能性能良好;GJ4-2、GJ4-3滞回环没有GJ4-1饱满,说明随着钢材强度的提高钢板深梁中钢板的耗能能力有所下降,这主要是因为材料的刚度较大,构件的塑性变形能变小。

从应力云图中可以看出GJ4-1、GJ4-2和GJ4-3在极限位移时的屈曲变形都是出现在角部,两侧的加筋肋出现了较大的变形。可以看出,材料强度的变化对钢板深梁的应力分布和变形没有太大影响。

4结论

综合以上分析:钢板材料性质变化对深梁承载能力,耗能性能影响显著,对于对抗侧力要求不是较高的结构,建议采用Q235钢材,以达到更好的经济性和延性的要求。

从以上分析可以得到:对于钢框架中填充单个钢板深梁时,建议钢板的型号为Q235。

【参考文献】

[1]陈国栋,郭彦林.十字加劲钢板剪力墙的屈曲后抗剪极限承载力[J].建筑结构学报, 2004, 25(1):71-78.

[2]郭彦林,陈国栋,缪友武.加劲钢板剪力墙弹性抗剪屈曲性能研究[J],工程力学,2006,23(2):84-91,59.

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作者:蒋红章,王芳
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