• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

基于小比例缩尺模型结构试验的小型钢架反力墙优化设计与力学性能分析

孙柏涛 姜琪 闫培雷

孙柏涛, 姜琪, 闫培雷. 基于小比例缩尺模型结构试验的小型钢架反力墙优化设计与力学性能分析[J]. 震灾防御技术, 2018, 13(4): 869-877. doi: 10.11899/zzfy20180414
引用本文: 孙柏涛, 姜琪, 闫培雷. 基于小比例缩尺模型结构试验的小型钢架反力墙优化设计与力学性能分析[J]. 震灾防御技术, 2018, 13(4): 869-877. doi: 10.11899/zzfy20180414
Sun Baitao, Jiang Qi, Yan Peilei. Optimization Design and Mechanical Property Analysis of Small Steel Frame Reaction-wall Based on Large Scale Model Structure Test[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2018, 13(4): 869-877. doi: 10.11899/zzfy20180414
Citation: Sun Baitao, Jiang Qi, Yan Peilei. Optimization Design and Mechanical Property Analysis of Small Steel Frame Reaction-wall Based on Large Scale Model Structure Test[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2018, 13(4): 869-877. doi: 10.11899/zzfy20180414

基于小比例缩尺模型结构试验的小型钢架反力墙优化设计与力学性能分析

doi: 10.11899/zzfy20180414
基金项目: 

黑龙江省应用技术研究与开发计划 国家项目省级资助GX16C009

国家自然科学青年基金 51608495

中国地震局创新团队发展计划 中国大陆地区地震灾害模拟与评估

详细信息
    作者简介:

    孙柏涛, 男, 生于1961年。研究员。主要从事地震灾害评估等方面的研究。E-mail:sunbt@iem.cn

    通讯作者:

    姜琪, 男, 生于1993年。硕士研究生。主要从事结构试验方面的研究。E-mail:jiangqi_hit@163.com

Optimization Design and Mechanical Property Analysis of Small Steel Frame Reaction-wall Based on Large Scale Model Structure Test

  • 摘要: 为了降低模型制作加工成本和节约试验空间,开展结构缩尺比例小于1:10的小模型结构抗震试验。目前,国内相关的试验设备较少,本文将参考大型反力墙的结构形式,研究小型钢架反力墙,并对其进行优化设计和力学性能分析,为后续的制作加工提供理论依据。
  • 图  1  方案1三维模型

    Figure  1.  A three-dimensional model of design#1

    图  2  方案1侧视图

    Figure  2.  The side-map of design#1

    图  3  方案2三维模型

    Figure  3.  A three-dimensional model of design# 2

    图  4  方案2俯视图

    Figure  4.  The overlook-map of design#2

    图  5  方案3三维模型

    Figure  5.  A three-dimensional model of design#3

    图  6  方案3正视图

    Figure  6.  The positive-map of design#3

    图  7  加载制度

    Figure  7.  Rules for loading

    图  8  方案1施加荷载位置

    Figure  8.  Load location of design#1

    图  9  方案2施加荷载位置

    Figure  9.  Load location of design#2

    图  10  方案3施加荷载位置

    Figure  10.  Load location of design#3

    图  11  简化杆系受力状态

    Figure  11.  The stress state of simplified rod system

    图  12  3种设计方案的应力云图

    Figure  12.  Stress cloud diagram of three design schemes

    图  13  3种设计方案的变形云图

    Figure  13.  The deformation cloud diagram of three design schemes

    图  14  方案3的前3阶振型图

    Figure  14.  The first three-order vibration mode of design#3

    图  15  3种分析部下长肢墙的变形曲线

    Figure  15.  The deformation curve of the long limb wall under the three types of analysis

    表  1  ABAQUS统一单位

    Table  1.   Unified unit of ABAQUS

    长度 时间 荷载 质量 密度 应力
    m s N kg kg/m3 Pa
    mm s N 103kg 103kg/mm3 MPa
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    表  2  ABAQUS输入的钢材参数

    Table  2.   Input steel parameters in ABAQUS

    材料 密度/kN·m-3 杨氏模量/N·mm-2 泊松比
    Q235B钢 78.5 2.06×105 0.3
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    表  3  实际荷载值、最大挠度限值及实际最大变形值

    Table  3.   Actual load value, maximum deflection limit and actual maximum deformation value

    方案1 方案2 方案3
    根部最大剪力/kN 5 5 5
    根部最大弯矩/kN·m 7.25 6.25 7.25
    最大挠度限值/mm 1 0.83 0.94
    短肢墙最大变形/mm 0.525 0.499 0.187
    长肢墙最大变形/mm 0.734 0.540 0.441
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    表  4  根部最大允许剪力和最大允许弯矩

    Table  4.   Maximum allowable shear and maximum allowable bending moment of root

    方案1 方案2 方案3
    根部允许最大剪力/kN 6.8 7.7 10.7
    根部允许最大弯矩/kN·m 12.24 11.55 18.19
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    表  5  3种方案的自重及市场估价

    Table  5.   The weights and market valuation of the three designs

    设计方案 类型 材料 重量/kg 市场估价/万元
    方案1 板材满布形式 Q235B钢 5470 20
    方案3 型钢钢架 Q235B钢 4125 14
    方案3 型钢钢架 Q235B钢 3348 10
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    表  6  方案3的前3阶振型参数

    Table  6.   The first three-order vibration mode parameters of design#3

    振型 方向 特征值 固有频率/Hz 自振周期/s
    1阶振型 X轴正向平动+扭转 28072 26.666 0.0375
    2阶振型 X轴负向平动+扭转 46798 34.430 0.0290
    3阶振型 扭转 68393 41.622 0.0240
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    表  7  参数值

    Table  7.   Related parameters

    参数 构件和连接类别
    1 2 3 4 5 6 7 8
    C 1940×1012 861×1012 3.26×1012 2.18×1012 1.47×1012 0.96×1012 0.65×1012 0.41×1012
    β 4 4 3 3 3 3 3 3
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    表  8  3种分析部的最大变形值

    Table  8.   The maximum deformation value of the three types of analysis

    分析部时长 1s 10s 100s
    长肢墙最大变形值/mm 1.286 1.286 1.286
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  • 马永欣, 郑山锁, 2001.结构试验.北京:科学出版社.
    万宇, 2008.新疆大学结构实验室X方向反力墙有限元分析.乌鲁木齐: 新疆大学.
    王墩, 赵海琼, 吕西林, 2014.建筑结构拟静力试验方法的加载制度.四川建筑科学研究, 40(3):54-59. doi: 10.3969/j.issn.1008-1933.2014.03.014
    张敏政, 2015.地震工程的概念和应用.北京:地震出版社.
    张耀春, 2011.钢结构设计原理.北京:高等教育出版社.
    中华人民共和国建设部, 2003.钢结构设计规范GB 50017-2003.北京: 中国计划出版社.
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图(15) / 表(8)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-15
  • 刊出日期:  2018-12-01

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