李菁
(青海大學(xué)土木工程學(xué)院,西寧810016)
近年來,超高層建筑發(fā)展迅速,建筑的高度不斷被刷新,水平作用成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素。如何有效控制高層建筑水平側(cè)移成為工程設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵難題。近年來,越來越多的超高層建筑采用設(shè)置伸臂桁架,將外圍框架與核心筒聯(lián)系起來【1~5】,通過外框架的軸向變形來承擔(dān)結(jié)構(gòu)的傾覆力矩,提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震能力【6】。
當(dāng)然,循環(huán)荷載下伸臂桁架的力學(xué)性能自然是很多研究者熱衷研究的對(duì)象【7,8】。在伸臂桁架的滯回曲線研究當(dāng)中,各國學(xué)者已經(jīng)得出了大量的結(jié)論。但是,伸臂桁架力學(xué)性能受很多因素的影響,非常復(fù)雜,到現(xiàn)在還沒有完全掌握,一些關(guān)鍵問題也沒有解決,筆者應(yīng)用ABAQUS 軟件提供的彈性本構(gòu)模型、彈性損傷本構(gòu)模型,對(duì)伸臂桁架簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了完全彈性模擬和塑性損傷滯回曲線模擬,并進(jìn)行了對(duì)比。伸臂桁架連接核心筒與框架柱如圖1 所示。
圖1 伸臂桁架連接核心筒與框架
簡(jiǎn)化模型上下弦及腹桿均采用鋼材桁架結(jié)構(gòu)。鋼材牌號(hào)為Q345,材性試驗(yàn)確定其屈服強(qiáng)度為388MPa,極限強(qiáng)度 為479MPa,延伸率為34%。試件尺寸及加載方式如圖2、圖3所示。
圖2 普通伸臂桁架簡(jiǎn)化模型
圖3 普通伸臂桁架加載方式
模擬設(shè)置左端固定,A 點(diǎn)為往復(fù)位移控制加載點(diǎn)。其位移大小分別為1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm、34mm、36mm、38mm、40mm、42mm、44mm、50mm。每級(jí)荷載均循環(huán)2 次,共48 次循環(huán)。加載制度如圖4 所示。
彈性階段普通伸臂桁架彈性階段荷載-位移滯回曲線如圖5 所示。
圖4 試驗(yàn)加載制度
圖5 普通伸臂桁架荷載- 位移滯回曲線
由圖5 可知普通伸臂桁架的峰值承載力為1 629kN,峰值位移為49mm。
屈曲階段時(shí)普通伸臂桁架的荷載-位移滯回曲線如圖6所示。
圖6 普通伸臂桁架荷載- 位移滯回曲線
由圖6 可知,峰值承載力為1 569kN,峰值位移為17mm。隨后位移達(dá)到24.9mm 時(shí),承載力下降為1 059kN,僅為峰值承載力的67%。
本文對(duì)伸臂桁架的模擬研究得出以下結(jié)論:
1)通過有限元分析彈性和屈曲階段,2 種滯回曲線在峰值位移和峰值承載力上存在很大差異。屈曲階段的峰值明顯小于彈性階段的。其變小的規(guī)律與彈性階段的應(yīng)力應(yīng)變曲線相關(guān)。
2)從圖形可以看出,在循環(huán)荷載下,不考慮屈曲的模型剛度和強(qiáng)度不會(huì)明顯下降,考慮屈曲的模型引起了剛度和強(qiáng)度降低。
3)考慮鋼材屈曲的分析結(jié)果比不考慮鋼材屈曲的分析結(jié)果更加符合實(shí)際。