一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法，包括以下步骤：建立节点的延性能力曲线；建立节点的延性需求曲线；根据能力谱法计算节点的性能点。本发明专利技术提出的方法具备一定的普遍适用性，可以用于较规则铸钢节点的抗震性能设计。节点的抗震性能设计。节点的抗震性能设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法


[0001]本专利技术涉及铸钢节点抗震性能设计领域，具体涉及一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法。

技术介绍

[0002]铸钢节点在地震中的耗能与变形能力对整体结构的抗震性能影响较大。尤其对于一些大型公共建筑（机场、站房等），由于其结构复杂，空间跨度大，人群高度密集等特点，结构失效会造成严重的社会影响。我国现行抗震规范采用的是弹性反应谱，与结构的自振周期、场地特性等有关，适用于结构的小震弹性设计，由于不能反映结构的弹塑性变形能力，导致现有抗震设计方法对节点在地震中的变形能力考虑不足，既不利于节点的安全，也不利于控制整体结构在地震中的变形。对于一些大型公共建筑中的关键节点，不仅需要进行承载力设计还需要进行抗震性能设计。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法，能够解决现有技术中缺少铸钢节点抗震性能设计方法的问题。
[0004]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：本专利技术提供一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法，包括以下步骤：S1：建立节点的承载力公式：在轴心或小偏心压力作用下，Y型节点首先在支、主管相交处发生屈服，随着荷载增大，支、主管连接处会发生压曲失稳破坏，对于失稳破坏的节点，承载力与几何尺寸相关，而与材料强度无关。此外，由于屈服后节点支、主管相交处开始发生失稳破坏，因此屈服状态可视为节点即将进入失稳破坏的临界状态。假设节点的屈服承载力公式采用与极限承载力相同的公式形式，类比空心球节点的承载力公式，根据已有研究成果，假定轴心、小偏心压力作用下的Y型铸钢节点的抗压承载力公式可写为，压力作用下的Y型铸钢节点的抗压承载力公式可写为，压力作用下的Y型铸钢节点的抗压承载力公式可写为，式中，为节点的屈服抗压承载力，为节点的极限抗压承载力；f为铸钢的抗拉、抗压及抗弯的强度设计值；d为节点的支管外径；D为主管空心球的外径；t为主管壁厚；支管外侧倒角半径r；A1,A2,B1和B2为回归系数；为以轴力设计时考虑弯矩作用的影响系
数；为以弯矩设计时考虑轴力作用的影响系数。
[0005]与的关系可根据节点的弯矩
‑
轴压相关关系得到，当节点轴心受压时，，。值得注意的是，由于节点屈服承载力公式形式是根据失稳破坏推导出的，因此计算出的节点屈服承载力会略大于实际承载力。
[0006]采用拉丁超立方抽样对节点几何参数进行抽样，建立节点承载力的分析样本；建立节点的有限元模型，对节点在轴心、小偏心压力作用下的破坏模式进行分析；通过弧长迭代法计算节点在轴心压力作用下的荷载
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位移曲线，取刚度首次减小时的荷载作为节点的屈服承载力；取刚度首次减小为初始刚度10%时的荷载为节点的极限荷载；分别采用以和通过πtdf无量纲化后的变量作为节点屈服、极限抗压承载力回归方程的纵坐标，d/D作为横坐标；对节点抗压承载力公式回归得到回归系数A1,A2,B1和B2；S2：建立节点的延性能力曲线：本专利技术采用延性作为节点的抗震性能指标，并根据屈服强度系数建立节点的延性能力曲线。屈服强度系数定义为，式中，为地震作用下最大的弹塑性内力；为屈服承载力。
[0007]为考虑节点在地震作用下的塑性发展，本申请将节点的极限承载力作为地震作用下最大的弹塑性内力。对于轴心、小偏心受压的Y型铸钢节点，采用抗压承载力计算屈服强度系数；由节点的屈服承载力公式与极限承载力可推导出Y型铸钢节点的屈服强度系数公式，即Y型节点的延性能力曲线。Y型铸钢节点的延性能力曲线可表示为，此外，节点的延性能力曲线还可以通过屈服水平系数进行定义。对于单自由度体系，屈服水平系数定义为，式中，m为单自由度体系的质量；PGA为地震作用下最大地面加速度。
[0008]根据定义，屈服强度系数与屈服水平系数的关系可写为，
式中，为动力放大系数，在我国现行规范中的取值为2.5。
[0009]S3：建立节点的延性需求曲线：结构的延性需求中的不确定性分为两类：一类是地震动的不确定性，例如震源机制、震级、持时和场地条件等；另一类是结构自身的不确定性，例如屈服强度、阻尼比、滞回性能等。当不考虑地震动的随机性时，在给定屈服水平系数和结构自振周期T的条件下，结构的延性需求服从对数正态分布，其累积分布函数可写为，式中，和分别为的条件均值和条件标准差。
[0010]延性系数的条件均值与条件标准差可以表示为屈服水平系数和结构自振周期T的函数，该函数可写为，和结构自振周期T的函数，该函数可写为，式中，E1,
…
, E 7
, F1,
…
, E 7
为回归系数，根据单自由度结构体系的弹塑性时程分析结果计算得到。
[0011]与中的回归系数取值与场地类别相关，对于特定的场地类别，中的分布参数可由及计算得到。，及构成了节点的延性需求的概率模型，在中设定超越概率后，可计算出不同超越概率下的延性需求曲线。
[0012]S4：根据能力谱法计算节点的性能点：能力谱法的基本思路是采用相同的自变量（一般为结构的基本变量）建立两条曲线：延性能力曲线和延性需求曲线，两条曲线的交点即结构的性能点或目标延性点，所对应的自变量取值即设计值。
[0013]进一步地，步骤S4中所述自变量为d/D。
[0014]进一步地，步骤S3中所述的取值为2.5。
[0015]本专利技术提供的上述基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法，能够解决现有技术中缺少量化的铸钢节点抗震性能设计方法的问题，以及节点设计的优化方法。
[0016]附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例—一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法的总体流程图；图2为本专利技术实施例—Y型节点示意图；图3(a)为本专利技术实施例—Y型节点轴心受压屈服模式示意图；图3(b)为本专利技术实施例—Y型节点小偏心受压屈服模式示意图；图4为本专利技术实施例—Y型节点抗压承载力公式回归结果；图5为本专利技术实施例—Y型节点能力谱。
具体实施方式
[0018]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019]以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细说明。
[0020]如图1所示：本专利技术提供一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法，包括以下步骤：S1: 建立节点的承载力公式：如图2所示，节点关于主管中心线轴对称，主管上部由两个部分球面拼合而成，下部为截椎体，外径为1100mm；支管中心线与主管底面的交角为52
。
。节点的设计参数有支管外径、主管外径和支管壁厚、主管壁厚。采用节点的蒙特卡罗模拟，通过线性回归本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能力谱法的Y型铸钢节点抗震性能设计方法，包括以下步骤：S1：建立Y型铸钢节点的承载力公式，获取回归系数A1、A2、B1和B2：轴心或小偏心压力作用下的Y型铸钢节点的抗压承载力公式写为，轴心或小偏心压力作用下的Y型铸钢节点的抗压承载力公式写为，轴心或小偏心压力作用下的Y型铸钢节点的抗压承载力公式写为，式中，为Y型铸钢节点的屈服抗压承载力，为Y型铸钢节点的极限抗压承载力；f为铸钢的抗拉、抗压及抗弯的强度设计值；d为节点的支管外径；D为主管空心球的外径；t为主管壁厚；支管外侧倒角半径r；A1、A2、B1和B2为回归系数；为以轴力设计时考虑弯矩作用的影响系数；为以弯矩设计时考虑轴力作用的影响系数；采用拉丁超立方抽样对节点几何参数进行抽样，建立节点承载力的分析样本；建立节点的有限元模型，对节点在轴心或小偏心压力作用下的破坏模式进行分析；通过弧长迭代法计算节点在轴心压力作用下的荷载
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位移曲线，取刚度首次减小时的荷载作为节点的屈服承载力；取刚度首次减小为初始刚度10%时的荷载为节点的极限荷载；分别采用以和通过πtdf无量纲化后的变量作为节点屈服、极限抗压承载力回归方程的纵坐标，d/D作为横坐标；对节点抗压承载力公式回归得到回归系数A1,A2,B1和B2；S2：建立节点的延性能力曲线：屈服强度系数定义为，式中，为地震作...

【专利技术属性】
技术研发人员：任靖哲，黄细军，邹启令，
申请(专利权)人：中信建筑设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：