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两边连接钢板式交错桁架塑性设计方法研究

甘丹 刘涛 姚玉珊 周绪红

甘丹, 刘涛, 姚玉珊, 周绪红. 两边连接钢板式交错桁架塑性设计方法研究[J]. 钢结构(中英文), 2020, 35(11): 1-24. doi: 10.13206/j.gjgSE20042101
引用本文: 甘丹, 刘涛, 姚玉珊, 周绪红. 两边连接钢板式交错桁架塑性设计方法研究[J]. 钢结构(中英文), 2020, 35(11): 1-24. doi: 10.13206/j.gjgSE20042101
Dan Gan, Tao Liu, Yushan Yao, Xuhong Zhou. Study on Plastic Design Method of Staggered Truss Structure with Two-Side Connecting Steel Plates[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2020, 35(11): 1-24. doi: 10.13206/j.gjgSE20042101
Citation: Dan Gan, Tao Liu, Yushan Yao, Xuhong Zhou. Study on Plastic Design Method of Staggered Truss Structure with Two-Side Connecting Steel Plates[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2020, 35(11): 1-24. doi: 10.13206/j.gjgSE20042101

两边连接钢板式交错桁架塑性设计方法研究

doi: 10.13206/j.gjgSE20042101
基金项目: 

“十三五”国家重点研发计划(2016YFC0701201);国家自然科学基金项目(51890902)。

详细信息
    作者简介:

    甘丹,男,1985年出生,工学博士,副教授。Email:gandan@cqu.edu.cn

Study on Plastic Design Method of Staggered Truss Structure with Two-Side Connecting Steel Plates

  • 摘要: 交错桁架框架结构体系(STF结构体系)具有高效、实用、经济的特点,符合建筑工业化发展的趋势,目前已经在我国低烈度抗震设防区域逐步推广应用,众多的优点使其对中高烈度抗震设防区域也有较大的吸引力,其桁架可采用混合式桁架、空腹式桁架或帕式桁架。相对于空腹式桁架以及帕式桁架,混合式桁架因其刚度适中,并且空腹区域可以设置为内走廊等优点,应用最为广泛。已有试验结果表明,虽然混合式STF结构体系受力性能良好,但耗能能力较弱,结构抗震性能有待提升。为改善混合式STF结构的抗震性能,提出在桁架跨中设置两边连接钢板(TSCSP),并将跨中作为消能段用以耗能的延性交错桁架框架结构称之为两边连接钢板式交错桁架框架结构(TSCSP-STF结构)。在多遇地震作用下,消能段中的钢板既不屈曲也不屈服;在罕遇地震作用下,仅消能段中的钢板屈服耗能,非消能段桁架保持弹性,从而提高混合式STF结构的延性和耗能能力,有效改善混合式STF结构易发生腹杆失稳破坏的问题。
    在分析了消能段剪切承载力需求的基础上,推导了两边连接钢板剪切承载力需求的计算方法,并将两边连接钢板等效为偏心交叉支撑,建立TSCSP-STF结构的简化分析模型,进而建立结构体系的塑性设计方法和流程。根据文中提出的塑性设计方法,设计一个10层的TSCSP-STF结构,并按照已有文献提出的塑性设计方法,设计一个10层混合式STF结构进行对比分析,设计目标是在两个结构设计条件相同且含钢率接近的情况下,使两种结构都能充分发挥消能段的耗能能力。对设计的两个试件分别采用振型分解反应谱法和Pushover方法对比分析其承载力以及抗震性能。
    有限元分析结果表明:在多遇地震作用下,构件均能保持弹性;在罕遇地震作用下,消能构件可以充分耗散地震能量,保护延性区段外构件不会破坏;STF试件的塑性铰集中在空腹节间的端部,沿楼层分布较均匀;TSCSP-STF试件的塑性铰主要出现在消能段的拉、压支撑杆上,分布也比较均匀;根据塑性设计方法设计的TSCSP-STF结构和混合式STF结构均能满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》关于罕遇地震下对承载力、变形和稳定性的要求,而试件TSCSP-STF的层间位移分布得更为均匀,减小了薄弱层出现的可能性,延性相对更好。
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  • 收稿日期:  2020-04-21

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