可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法技术

本发明专利技术提供的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法，包括：以传统梁柱刚接的钢框架结构模型为依据，确定竖向荷载作用下框架梁的弹性弯矩分布，确定可更换耗能节点的初步位置；确定可更换耗能节点的屈服弯矩M

【技术实现步骤摘要】
可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法


[0001]本专利技术涉及建筑结构抗震领域，具体涉及基于梁上翼缘转动机制的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法。

技术介绍

[0002]钢结构因其轻质高强以及装配化、绿色化等优点在国内外得到了广泛应用，也是我国建筑工业化大力发展的重要方向。钢框架结构是最基本的抗震钢结构体系之一，但以往震害表明，钢框架梁
‑
柱节点因存在焊接热影响和应力集中而容易发生脆性断裂，而地震中产生的梁端部塑性损伤也为结构的震后修复带来困难。如何建设具有良好抗震性能和震后可恢复性能的抗震韧性结构已成为抗震韧性城市建设的重要内容。其中，可更换钢框架节点的问世为实现结构震后功能的快速恢复提供了可能，其通过在梁柱交界面或钢梁上设置可更换耗能构件形成可更换耗能节点，把结构地震层间变形转换为节点的转角变形，再把转角变形转换为线位移，进而驱动耗能构件变形并耗散地震能量。地震后可根据修复需要，对耗能构件实施更换，而梁柱主体结构保持弹性并继续使用，同时兼顾了结构震时抗震性能和震后可恢复性能的双重目标。/>[0003]关于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定竖向荷载作用下框架梁的弯矩分布，以竖向荷载作用下钢框架梁的弯矩零点为依据确定可更换耗能节点的初步位置，并允许在初步位置基础上往相邻柱一侧产生预设偏移量α的位置处作为可更换耗能节点的实际位置；步骤2：确定可更换耗能节点的屈服弯矩M
y
，以及防屈曲支撑极限承载力，以此设计防屈曲支撑的连接段及其长度；步骤3：假定梁柱各段为刚体，根据可更换耗能钢框架节点的结构几何特征，确定结构变形、节点转角、防屈曲支撑变形之间的关系，确定可更换耗能节点的变形需求，并由节点变形需求确定防屈曲支撑的屈服段长度下限；步骤4：建立可更换耗能节点刚度需求计算的基本假定和分析方法，基于所述基本假定和分析方法确定防屈曲支撑的弹性轴向刚度需求，其中防屈曲支撑的弹性轴向刚度需求值为：为：为：为：其中，K
req
为防屈曲支撑的弹性轴向刚度需求值，E为钢材的弹性模量，A
ave
为防屈曲支撑的等效截面面积，l
B
为防屈曲支撑的等效长度，I
b
为悬臂梁段与中间梁段的截面惯性矩，l2为近柱侧一端的防屈曲支撑连接段中心至其邻侧拼接口的水平距离，l3为远离柱侧一端的防屈曲支撑连接段中心至其邻侧拼接口的水平距离，l4为远离柱侧一端的防屈曲支撑连接段中心至梁中心位置的水平距离，h1为抗剪连接形心到梁轴线的竖向距离，h2防屈曲支撑轴线到梁轴线的竖向距离，d为可更换耗能节点处相邻梁段之间的拼接间隙，K
B，E
为防屈曲支撑的弹性轴向刚度计算值，K
Be
为防屈曲支撑连接段轴向刚度，K
By，E
为防屈曲支撑屈服段弹性轴向刚度，β为轴向刚度需求调整系数，l
Be
为防屈曲支撑连接段有效长度，l
By
为防屈曲支撑屈服段长度，A
Be
为防屈曲支撑连接段截面面积，A
By
为防屈曲支撑屈服段截面面积；步骤5：根据剪力与轴力需求，进行抗剪连接设计；步骤6：对梁端部进行地震损伤控制验算；步骤7：由防屈曲支撑的屈服轴力、弹性刚度和屈服后刚度确定可更换耗能节点的弯矩
‑
转角本构关系。2.根据权利要求1所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法，其特征在于，步骤1中所述预设偏移量α的取值不超过初始位置的20％。3.根据权利要求2所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法，其特征在于，步骤1中，当预设偏移量为α时，满足：d
off
＝l
a0
‑
l
ac
d
off
≤αl
a0
式中，d
off
为可更换耗能节点布置位置的允许偏移量，l
a0
为传统梁柱刚接结构的框架梁在竖向荷载作用下的弯矩零点到柱轴线的距离，l
ac
为可更换耗能节点的实际布置位置到柱轴线距离。4.根据权利要求1所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法，其特征在于，步骤2具体包括以下子步骤：建立结构模型，在结构模型上施加竖向荷载和水平地震荷载共同作用；对小震阶段的结构进行竖向和水平荷载共同作用下的弹性内力分析，以小震作用下可更换耗能节点实际布置位置的弯矩设计值M0为依据确定该节点的屈服弯矩M
y
和防屈曲支撑的屈服段截面面积：M
y
＝1.05～1.1M0F
By
＝0.95～1.05M
y
/(h1+h2)A
By
＝F
By
/f
By
根据防屈曲支撑的设计要求，估算防屈曲支撑其余各段截面面积及极限承载力：A
Be
＝2.5A
By
F
B，max
＝ωF
By
式中，F
By
为防屈曲支撑的总屈服轴力，h1+h2为防屈曲支撑轴线与节点转动中心之间的竖向高度差，f
By
为防屈曲支撑屈服段钢材的屈服强度平均值，A
By
为防屈曲支撑的屈服段截面总面积，F
B，max
为防屈曲支撑的极限承载力，A
Be
为防屈曲支撑的连接段截面总面积，ω为防屈曲支撑的屈服段钢材考虑应变硬化和摩擦力综合影响的强化系数；根据防屈曲支撑的极限承载力确定根据防屈曲支撑的连接段所需螺栓数量，并确定连接段长度l
Be
。5.根据权利要求1所述的可更换耗能钢框架节点的两阶段抗震设计方法，其特征在于，步骤3中，限制可更换耗能节点的最大变形量不超过3％，即：Δ
B
＝θ
G
(h1+h2)d＝1.5Δ
B
其中，θ
G
为可更换耗能节点的刚体转角；θ为结构在大震下的层间位移角限值；l
ac
为可更换耗能节点到框架柱轴线的距离；l
b
为同一根框架梁上所布置的两个可更换耗能节点之间的距离；Δ
B
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊贤，何之秋，邹宇远，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：