• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

柱间拉筋在轻框结构抗震中的作用效应分析

生安香 王成波 李立云 冯军和 陈曦

生安香,王成波,李立云,冯军和,陈曦,2024. 柱间拉筋在轻框结构抗震中的作用效应分析. 震灾防御技术,19(4):785−797. doi:10.11899/zzfy20240415. doi: 10.11899/zzfy20240415
引用本文: 生安香,王成波,李立云,冯军和,陈曦,2024. 柱间拉筋在轻框结构抗震中的作用效应分析. 震灾防御技术,19(4):785−797. doi:10.11899/zzfy20240415. doi: 10.11899/zzfy20240415
Sheng Anxiang, Wang Chengbo, Li Liyun, Feng Junhe, Chen Xi. Effect of Tie Bars between Columns in the Seismic Capacity of Light Frame Structures[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2024, 19(4): 785-797. doi: 10.11899/zzfy20240415
Citation: Sheng Anxiang, Wang Chengbo, Li Liyun, Feng Junhe, Chen Xi. Effect of Tie Bars between Columns in the Seismic Capacity of Light Frame Structures[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2024, 19(4): 785-797. doi: 10.11899/zzfy20240415

柱间拉筋在轻框结构抗震中的作用效应分析

doi: 10.11899/zzfy20240415
基金项目: 国家重点研发计划(2022YFC3003505)
详细信息
    作者简介:

    生安香,女,生于1999年。硕士研究生。主要从事结构抗震方面的研究。E-mail:1728038333@qq.com

    通讯作者:

    李立云,男,生于1973年。博士,教授。主要从事地下生命线工程抗震减灾方面的研究。E-mail:lly@bjut.edu.cn

Effect of Tie Bars between Columns in the Seismic Capacity of Light Frame Structures

  • 摘要: 以钢框架作为结构主体,外挂ALC墙板作为填充墙体的轻型钢框架结构体系经济安全、施工效率高、环保利废。振动台试验表明,柱间拉筋对轻框结构体系抗震性能有显著影响。为进一步了解柱间拉筋在轻框结构体系抗震能力提升中的作用,从而更好地将其用于新型农村住房建设,依托已开展的振动台试验,基于ANSYS软件平台建立了多种拉筋形式的轻框结构数值模型,系统研究了柱间拉筋布置形式和截面尺寸对轻框结构抗震性能的影响。研究结果表明,数值模拟分析结果与振动台试验结果吻合较好;设置柱间拉筋可改善轻框结构抗震能力,还可减小梁柱节点、ALC墙板应力响应;设置X形拉筋的轻框结构抗震性能表现最好;在一定范围内,柱间X形拉筋截面尺寸越大,轻框结构抗震性能越好,实际工程中需结合实施地区的经济情况进行选择。
  • 图  1  构件布置(单位:毫米)

    Figure  1.  Component layout (Unit: mm)

    图  2  构件连接(单位:毫米)

    Figure  2.  Photos showing structural connect nodes (Unit: mm)

    图  3  试验结构模型

    Figure  3.  Structural model for testing

    图  4  轻框结构-X形拉筋有限元模型

    Figure  4.  Finite element model of X-shaped reinforcement in light frame structure

    图  5  加速度传感器布置

    Figure  5.  Arrangement of acceleration sensors

    图  6  输入加速度时程

    Figure  6.  History of the input acceleration in calculation

    图  7  地震作用下构件损伤

    Figure  7.  Damage of components under earthquake

    图  8  加速度时程曲线对比

    Figure  8.  Comparison of acceleration history curves

    图  9  结构频率

    Figure  9.  Structural frequency

    图  10  拉筋(西侧结构立面)应力云图(单位:帕)

    Figure  10.  Stress cloud map of the bar at the west side structure (Unit: Pa)

    图  11  梁柱节点(结构1层西北侧柱顶处)应力云图(单位:帕)

    Figure  11.  Stress cloud map of the top beam column node on the northwest side of the first floor of the structure (Unit: Pa)

    图  12  ALC墙板(南侧结构立面)应力云图(单位:帕)

    Figure  12.  Stress cloud map of ALC wall panel on the south side structural facade (Unit: Pa)

    图  13  不同拉筋布置形式下加速度放大系数

    Figure  13.  Amplification coefficient of acceleration under different types of tie bars

    图  14  不同拉筋布置条件下的结构减震率

    Figure  14.  Structural seismic reduction rate under different types of tie bars

    图  15  一阶频率随拉筋截面尺寸的变化

    Figure  15.  The first-order frequency vs. the cross-sectional size of tie bar

    图  16  不同拉筋截面尺寸下的加速度放大系数

    Figure  16.  Coefficient of acceleration amplification under different cross-sectional sizes of tie bars

    表  1  构件材料力学参数

    Table  1.   Material parameters of components

    构件 材质 截面/mm 弹性模量/MPa 密度/(kg·m−3) 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 抗压强度/MPa
    GZ1 Q235B钢 □100×100×4 2.06×105 7 850 235 215 215
    GL1 Q235B钢 HN200×100×5.5×8 2.06×105 7 850 235 215 215
    GL2 Q235B钢 HN150×75×5×7 2.06×105 7 850 235 215 215
    MK1、MK2 Q235B钢 □50×100×3 2.06×105 7 850 235 215 215
    CK1、CK2 Q235B钢 □50×100×3 2.06×105 7 850 235 215 215
    ZC1 Q235B钢 ϕ14 2.06×105 7 850 235 215 215
    SC1 Q235B钢 ϕ14 2.06×105 7 850 235 215 215
    高强螺栓 M12、M16、M24 2.06×105 7 850 430 430
    自攻螺栓 8 2.06×105 7 850 400 400
    外墙板 ALC 1800×600×100 2.2×104 491 3.5
    楼板 ALC 1800×600×100 2.2×104 491 3.5
    屋顶 ALC 1800×600×100 2.2×104 491 3.5
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    表  2  轻框结构拉筋布置形式

    Table  2.   Layout of tie bars in light frame structure

    标记说明①轴钢架立面③轴钢架立面A轴钢架立面B轴钢架立面
    AG柱间不布置拉筋
    AG-X在柱间、门窗框与
    柱间呈对角布置X形拉筋
    AG-R在柱间、门窗框与柱间
    沿梁中心布置人字形拉筋
    AG-1R2V在柱间、门窗框与柱间沿梁
    中心1层布置人字形拉筋、
    2层布置V形拉筋
    AG-DX在柱间、门窗框与柱间
    沿节点布置单个斜杆
    注:除拉筋布置形式不同,其他构件均一致。
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    表  3  结构频率响应

    Table  3.   Frequency response of structure

    一阶频率 试验结果/Hz 有限元结果/Hz 相对误差/%
    x 3.98 5.50 38.2
    y 4.00 3.86 3.5
    扭转 7.19
    注:表中试验结果为拧紧拉杆后的结果。
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    表  4  最大加速度对比

    Table  4.   Comparison of peak acceleration response

    测点 1X1(2层) 2X1(屋顶) 1Y1(2层) 2Y1(屋顶)
    试验得到的最大加速度/(m·s−2) 0.443 1(5.144 1 s) 0.468 4(5.151 9 s) 0.370 2 (8.034 0 s) 0.369 9(8.026 2 s)
    数值模拟得到的最大加速度/(m·s−2) 0.351 4(5.144 1 s) 0.363 2(5.151 9 s) 0.400 0(5.093 4 s) 0.408 5(5.109 0 s)
    相对误差/% 20.70 22.46 8.05 10.44
    注:括号内为加速度达到最大值的时间。
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    表  5  最大加速度响应

    Table  5.   Peak acceleration response under different types of tie bars

    模型名称 楼层 x向最大加速度ax,max/(m·s−2) x向加速度减震率ηx,a/% y向最大加速度ay,max/(m·s−2) y向加速度减震率ηy,a/%
    AG 1 0.359 4 0.459 7
    2 0.380 0 0.519 5
    AG-X 1 0.351 4 2.23 0.400 0 12.99
    2 0.363 2 4.42 0.408 5 21.37
    AG-R 1 0.352 5 1.92 0.422 2 8.16
    2 0.373 8 1.63 0.455 7 12.28
    AG-1R2V 1 0.358 7 0.19 0.406 3 11.62
    2 0.380 1 −0.03 0.425 6 18.08
    AG-DX 1 0.396 6 −10.35 0.490 1 −6.61
    2 0.430 2 −13.21 0.565 5 −8.85
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  • 收稿日期:  2023-09-13
  • 刊出日期:  2024-12-31

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