趙杰峰　崔立杰　張書娜

(邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái)　054035)

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兩種X 形鋼支撐體系的抗側(cè)性能對(duì)比分析

趙杰峰崔立杰張書娜

(邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái)054035)

摘要:介紹了新型X形鋼支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)建立有限元模型，從抗側(cè)性能與橫梁撓度兩方面，對(duì)比分析了新型X形支撐體系與傳統(tǒng)X形支撐體系的差別，為新型X形支撐結(jié)構(gòu)的研究和實(shí)踐提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:X形支撐體系，抗側(cè)性能，橫梁撓度，水平荷載

0　引言

傳統(tǒng)的跨層X(jué)形支撐結(jié)構(gòu)，支撐連接在鋼梁上，框架豎向變形時(shí)會(huì)帶動(dòng)支撐一起變形，從而會(huì)使支撐承擔(dān)一部分豎向荷載的作用，降低支撐的抗側(cè)性能。新型的跨層X(jué)形支撐結(jié)構(gòu)支撐并不是直接連接在鋼梁上，而是通過(guò)牛腿與鋼梁進(jìn)行連接［1］。牛腿與牛腿之間豎向可以自由滑動(dòng)，而水平方向接觸緊密，實(shí)現(xiàn)了在豎向荷載作用下支撐不受力，同時(shí)保證側(cè)向剛度不降低。模型如圖1所示。

圖1　新型X形支撐體系模型

1　有限元模型介紹

框架和支撐的模型采用Beam188梁?jiǎn)卧Ｍ鹊哪Ｐ筒捎肧olid45單元。牛腿與牛腿之間采用接觸單元Targel170和Contal174［2］。

2　兩種X形支撐體系的抗側(cè)性能對(duì)比分析

表1　X形支撐模型尺寸表

本文設(shè)置了三組模型來(lái)對(duì)比兩種X形支撐體系的抗側(cè)性能，尺寸見(jiàn)表1，不承受豎向力的新型X形支撐體系和傳統(tǒng)的X形支撐體系模型的各部分尺寸都相同。但新型的X形支撐體系支撐牛腿和鋼梁牛腿采用接觸單元，框架所承受的豎向力不會(huì)傳遞到支撐上。傳統(tǒng)的X形支撐體系支撐牛腿和鋼梁牛腿完全耦合，框架所承受的豎向力會(huì)傳遞到支撐上。

在模型的頂端施加位移荷載，三組模型的力和位移的關(guān)系圖如圖2～圖4所示。

圖2　支撐長(zhǎng)細(xì)比為130的跨層X(jué)形模型荷載位移圖

圖3　支撐長(zhǎng)細(xì)比為102的跨層X(jué)形模型荷載位移圖

圖4　支撐長(zhǎng)細(xì)比為75的跨層X(jué)形模型荷載位移圖

極限荷載和相對(duì)應(yīng)的側(cè)移角如表2所示。

通過(guò)對(duì)比三組模型的水平荷載與側(cè)移角的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，在側(cè)移角比較小的時(shí)候，兩種體系的荷載側(cè)移曲線完全重合，隨著側(cè)移的增大，兩種體系的荷載側(cè)移曲線發(fā)生了分離，相同側(cè)移下，新體系所承擔(dān)的水平荷載更大。這說(shuō)明，在彈性階段，新型X形支撐體系的抗側(cè)性能和傳統(tǒng)的X形支撐體系的抗側(cè)性能沒(méi)有差別，但是隨著側(cè)移的變大，兩種體系的抗側(cè)性能出現(xiàn)了差別，支撐屈服時(shí)，這種差別達(dá)到最大，隨后又逐漸趨于一致。

表2　三組模型極限荷載—側(cè)移對(duì)比表

由表2可以看出新體系和傳統(tǒng)體系相比，所能承擔(dān)的極限荷載要大于傳統(tǒng)體系，此時(shí)結(jié)構(gòu)的側(cè)移要比傳統(tǒng)的跨層X(jué)形支撐結(jié)構(gòu)達(dá)到極限荷載時(shí)的側(cè)移小，這說(shuō)明新體系的抗側(cè)剛度比傳統(tǒng)體系大。支撐的長(zhǎng)細(xì)比越小，兩種體系水平荷載與位移的關(guān)系曲線越接近，抗側(cè)剛度的差距越小。

3　兩種X形支撐體系的橫梁撓度的對(duì)比

兩種體系三組模型的橫梁撓度與側(cè)移的關(guān)系曲線如圖5～圖7所示。

從圖5～圖7中可以看出，一開始新形X形支撐體系的橫梁撓度大于傳統(tǒng)的X形支撐體系，這是因?yàn)樾麦w系在豎向荷載作用下支撐不受力，不能作為橫梁的支座，所以橫梁的撓度大。但是隨著水平側(cè)移的增大，新體系和傳統(tǒng)體系的橫梁撓度的差別逐漸減小，最后完全相同，見(jiàn)表3。

圖5　支撐長(zhǎng)細(xì)比130的模型橫梁撓度與側(cè)移角關(guān)系圖

所以雖然新體系在彈性階段橫梁的變形大于傳統(tǒng)體系，但是最終兩種體系的橫梁的變形大小是沒(méi)有差別的，所以兩種體系的橫梁在設(shè)計(jì)時(shí)是相同的。

圖6　支撐長(zhǎng)細(xì)比102的模型橫梁撓度與側(cè)移角關(guān)系圖

圖7　支撐長(zhǎng)細(xì)比75的模型橫梁撓度與側(cè)移角關(guān)系圖

表3　三組模型撓度對(duì)比表

4　結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)置了三組模型，對(duì)比了新型的跨層X(jué)形支撐結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的跨層X(jué)形支撐結(jié)構(gòu)水平荷載與側(cè)移的關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)在彈性階段，兩種體系的抗側(cè)剛度相同，進(jìn)入塑性后，新體系的剛度開始大于傳統(tǒng)體系，當(dāng)支撐屈服時(shí)這種差別達(dá)到最大。然后兩種體系的水平荷載與側(cè)移的關(guān)系曲線又逐漸趨于一致。新體系的橫梁撓度雖然在彈性階段比傳統(tǒng)體系的橫梁撓度大，但是結(jié)構(gòu)破壞時(shí)兩種體系的橫梁撓度是相同的，所以新體系從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)和傳統(tǒng)體系相比并不需要增大橫梁的剛度。

參考文獻(xiàn):

［1］童根樹，羅桂發(fā)，張磊，等．一種免承重力鋼框架支承體系［J］．鋼結(jié)構(gòu)，2009(sup):32．

［2］王勖成，邵敏．有限單元法基本原理和數(shù)值方法［M］．第2版．北京:清華大學(xué)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

作者簡(jiǎn)介:趙杰峰(1986-)，男，助教;崔立杰(1987-)，男，助教;張書娜(1987-)，女，助教

收稿日期:2015-10-29

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0064-02

中圖分類號(hào):TU311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A