一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法与流程

本发明涉及建筑结构体系中的消能减震技术领域，具体涉及一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法。

背景技术：

建筑结构的消能减震是指在建筑结构中设置适当的消能部件，消能部件可由耗能减震支撑、钢板阻尼器(墙)、粘滞阻尼器等与支承构件组成。

连梁在剪力墙结构、框筒结构体系中被广泛应用，并作为第一道抗震防线进行耗能。传统的钢筋混凝土连梁存在延性低、破坏后修复困难等缺点，工程界提出采用连梁阻尼器代替传统连梁进行集中耗能，并通过螺栓连接可实现震后更换，以提高建筑抗震韧性。此外，连梁阻尼器的布置对建筑功能影响极小。与粘滞阻尼器相比，剪切型连梁阻尼器的受力机制简单、加工方便、耐久性好、造价低，在建筑抗震消能领域具有广泛的应用前景。

布置有连梁阻尼器的建筑结构一般需要进行抗震性能化分析，目前开展弹塑性动力时程分析成为结构抗震性能化分析的关键方法之一。如何对剪切型连梁阻尼器进行准确模拟是结构弹塑性动力时程分析的关键环节。如果直接采用壳单元模拟，对单一构件进行分析尚可，但对整体结构进行分析就会异常困难。在此基础上，有学者提出采用多个非线性连接单元进行组合模拟，但需要分别设置剪力-横向位移关系、轴力-轴向位移关系以及弯矩-转角关系，参数计算复杂，且在通用有限元软件中的实现较繁琐。因此，提出一种高效的模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法对连梁消能减震的推广具有重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法，由所述4根杆单元进行模拟剪切型连梁阻尼器，其中1根杆单元用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的剪切受力性能，其中2根杆单元分别模拟剪切型连梁阻尼器的上翼缘板和下翼缘板的轴向受力性能，其中1根杆单元用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向受力性能；

4根杆单元位于同一平面内，用于模拟剪切型连梁阻尼器的上翼缘板的轴向受力性能的杆单元、用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向受力性能的杆单元、用于模拟剪切型连梁阻尼器的下翼缘板的轴向受力性能的杆单元从上往下依次等间距平行放置；

用于模拟剪切型连梁阻尼器的剪切受力性能的杆单元位于分别模拟剪切型连梁阻尼器的上翼缘板和下翼缘板的轴向受力性能的2根杆单元之间，并与分别模拟剪切型连梁阻尼器的上翼缘板和下翼缘板的轴向受力性能的2根杆单元、用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向受力性能的杆单元都相垂直；

等间距平行放置的3根杆单元直接与两侧墙体或支墩相连，用于模拟剪切型连梁阻尼器的剪切受力性能的杆单元的两端分别采用节点耦合的方式与两侧墙体或支墩相连。

进一步地，上述方法中，等间距平行放置的3根杆单元采用共节点或节点耦合的方式直接与两侧墙体或支墩相连。

进一步地，上述方法中，用于模拟剪切型连梁阻尼器的剪切受力性能的杆单元的轴向刚度取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板的抗剪刚度，材料参数依据所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板的几何尺寸和钢号设置。

更进一步地，上述方法中，对于用于模拟剪切型连梁阻尼器的剪切受力性能的杆单元，其材料的弹性模量取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板材料的弹性模量，其材料的屈服强度取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板材料屈服强度的1.506倍，其面积取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板横截面积的0.383倍。

进一步地，上述方法中，用于模拟剪切型连梁阻尼器的上翼缘板和下翼缘板的轴向受力性能的2根杆单元的轴向刚度分别取所要模拟的剪切型连梁阻尼器上翼缘板和下翼缘板的轴向刚度，并按所要模拟的剪切型连梁阻尼器的上翼缘板和下翼缘板的钢号设置对应的材料参数。

进一步地，上述方法中，用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向受力性能的杆单元的轴向刚度取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向刚度，按所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板的钢号设置其材料参数。

本发明的有益效果在于：

1、本发明方法仅采用4根杆单元对剪切型连梁阻尼器进行模拟，单元类型简单、单元数量少，计算速度快。

2、本发明方法中，4根杆单元分别模拟那个连梁阻尼器的剪切受力性能、弯曲受力性能和轴向受力性能，且位置关系与受力需求一致，概念清晰、准确。

3、本发明方法中，仅用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的剪切受力性能的杆单元的材料参数需要简单换算，其余3根杆单元的材料参数可直接根据钢号设置，简单方便。

附图说明

图1为本发明实施例中所要模拟的剪切型连梁阻尼器的结构示意图；

图2为图1的a-a截面图；

图3为图1-2的设计参数示意图；

图4为本发明实施例中所要模拟的剪切型连梁阻尼器的有限元模拟图；

图5为本发明实施例中所要模拟的剪切型连梁阻尼器的有限元模拟图(模拟轴向受力性能的3根杆单元不显示)；

图6为利用本发明实施例方法对所要模拟的剪切型连梁阻尼器进行分析模拟得出的荷载-转角滞回曲线。

图7为其他学者对本发明实施例所要模拟的剪切型连梁阻尼器进行真实试验得出的荷载-转角滞回曲线。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

本实施例提供一种模拟剪切型连梁阻尼器的分析方法，如图4所示，由4根杆单元模拟剪切型连梁阻尼器。剪切型连梁阻尼器如图1-3所示，包括芯板100、上翼缘板101和下翼缘板102，芯板100、上翼缘板101和下翼缘板102的两端分别连接于两侧的墙壁或支墩。

本实施例中，所要模拟的剪切型连梁阻尼器的上翼缘板和下翼缘板厚度为14mm，芯板厚度为10mm，芯板材料为ly225钢材；其余板件为q345钢材。图3(a)和图3(b)分别为图1-2的设计参数示意图，图中的尺寸单位为mm，箭头代表焊接连接，数字8代表焊缝高度为8mm，参考文献：jix,wangy,maq,etal.cyclicbehaviorofveryshortsteelshearlinks[j].journalofstructuralengineering,2016.

如图4所示，本实施例的模拟方法中，杆单元1用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的剪切受力性能，杆单元2a和2b分别用于模拟剪切型连梁阻尼器上翼缘和下翼缘的轴向受力性能，杆单元3用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向受力性能。

所述杆单元1、2a、2b和3位于同一平面内，杆单元2a、杆单元3和杆单元2b之间从上往下依次等间距平行放置。所述杆单元1位于杆单元2a和杆单元2b之间(本实施例中具体位于中部位置)，并且杆单元1与杆单元2a、2b和3都相垂直。

杆单元2a、2b和3通过共节点或节点耦合的方式直接与两侧墙体或支墩4相连；

如图5所示，杆单元1的两端节点5a、5b分别采用节点耦合7与两侧墙体或支墩节点6a、6b相连。

进一步地，用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的剪切受力性能的杆单元1的轴向刚度取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板的抗剪刚度，材料参数依据芯板几何尺寸和钢号计算得出；具体地，杆单元1材料的弹性模量取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板材料的弹性模量；杆单元1材料的屈服强度取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板材料屈服强度的1.506倍。杆单元1的面积取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板横截面积的0.383倍。

用于模拟剪切型连梁阻尼器上翼缘板和下翼缘板轴向受力性能的杆单元2a、2b的轴向刚度分别取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的上翼缘板和下翼缘板的轴向刚度，材料参数按翼缘板钢号q345设置。具体地，杆单元2a、2b的面积分别取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的上翼缘板、下翼缘板的面积。

用于模拟剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向受力性能的杆单元3的轴向刚度取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板的轴向刚度，材料参数按芯板钢号ly225设置。杆单元3的面积取所要模拟的剪切型连梁阻尼器的芯板的面积。

图6为利用本实施例方法对本实施例所要模拟的剪切型连梁阻尼器进行分析模拟得出的荷载-转角滞回曲线。图7为其他学者对本实施例所要模拟的剪切型连梁阻尼器进行真实试验得到的荷载-转角滞回曲线[参考文献：jix,wangy,maq,etal.cyclicbehaviorofveryshortsteelshearlinks[j].journalofstructuralengineering,2016.]

可见，利用本实施例方法分析模拟得出的荷载-转角滞回曲线(图6)与试验曲线(图7)基本吻合。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。