许峰 秦振江
（沈阳建筑大学土木工程学院 辽宁沈阳 110168）
摘要：采用ABAQUS有限元软件对内置斜撑的装配式框架墙板进行分析研究。通过验证已有试验以证明模拟准确性，通过改变框架跨度、斜撑的截面尺寸等参数来建立有限元模型，探究不同框架跨度、斜撑截面尺寸对钢框架极限承载力和初始刚度的影响。结果可知：框架跨度对框架刚度以及滞回性能影响不大；钢框架的极限承载力及初始刚度随长斜撑截面尺寸增大而增大。
关键词：斜撑；ABAQUS；钢结构；滞回性能；极限承载力
中图分类号：TU398.09
引言
斜撑构件选用屈服点较低的钢材，框架采用高强度钢材组合，国内段留省[1]等对高强钢组合K形支撑框架结构的抗震性能进行实验研究，不同钢材强度对结构延性以及刚度退化有所影响，框架残余变形小，有利于震后修复。邓思华[2]等通过对钢框架外挂轻质复合墙体结构进行实验研究，钢材强度对结构整体抗侧刚度影响较大，混凝土和墙板对结构抗侧刚度影响有限。周晓洁[3]等通过对内置斜撑构造空心砌块墙体对抗震性能影响。
本文基于ABAQUS分析装配式抗侧力框架的抗震性能，为日后的试验研究及工程应用提供参考，可以促进装配式钢结构的发展，推动装配式一体化结构的应用。
1有限元模型的建立
框架的高多为通用民用住宅常见高度3.3米，框架跨度为变量后续将详细介绍。其中有不含支撑的框架（简写为WCKJ）不含有斜向支撑体系，内部仅有砌体填充墙，由于《抗规》[4]中规定填充墙在实际计算中不参与结构计算并设置缝隙，所以在模型中不予体现；支撑框架（简写为ZCKJ）含有双向支撑，各个模型由支撑的不同截面面积以及框架跨度作为变量，加载处建立框架梁连接件，减少应力集中。
1.1相互作用
H-型钢梁与H-型钢柱之间采用螺栓连接，H-型钢柱与柱脚、加劲肋连接部位及斜撑与垫块连接部位采用焊接，即接触方式为“绑定”；聚苯颗粒混凝土部件与H-型钢梁翼缘的接触为有限滑移，混凝土部件内部的肢件、缀件、螺栓、垫块、连接板、钢片等通过“内置区域”约束与聚苯颗粒混凝土部件形成相互作用。
1.2边界条件及加载制度
为模拟底部刚性支座，约束钢柱底部截面所有节点的三个方向自由度。施加地震工况下与实际相似的轴向荷载以及水平荷载，设置两个分析步模拟框架加载全程。第一分析步，对框架左右两个柱顶同步施加竖向荷载设计值；第二分析步，对左柱柱顶施加水平荷载,采用位移控制加载。
1.3单元类型选取和网格划分
所有部件的单元类型均为八结点线性减缩积分、六面体实体单元（C3D8R），网格划分技术采用六面体结构技术。
2验算有限元模型
本文通过模拟文献[5]中的试件数据，将有限元软件计算出的数据与试验数据进行对比分析。模拟后的数据与试验数据的极限承载力值如表1，荷载-位移曲线如图1。
表1各试件的极限承载力
图1有限元结果可靠性验证
从表1和图1能够看出：荷载-位移曲线走势基本吻合，极限承载力误差在5%左右，满足工程误差要求，可以进行以下研究。
3偏压柱有限元的建立
在上述有限元模型基础上，对下端板的偏心线进行全约束，使其完全固定。
3.1参数分析
本节选取跨度、斜撑尺寸，作为基本模型进行研究，分析了跨度、斜撑截面面积这两个参数对钢弱轴铰接框架力学性能的影响。各试件的参数信息如表2。
表2各试件的参数信息表
3.2整体应力分布分析
从图2可以看出，两种结构的荷载位移曲线的发展趋势基本一致，水平荷载较小的时，荷载位移曲线呈线形分布，结构处于弹性阶段；随着结构承受荷载的加大，含有支撑的框架在随着荷载的增加，柱脚斜撑连接处垫板最先到达屈服，继续加大水平荷载，交汇处变形急速增长，表现出塑性特征。
3.3骨架曲线
装配式抗侧力框架的骨架曲线见图3:在加载初期，骨架曲线近似呈直线，随着加载的进行，构件逐渐进入弹塑性阶段，抗侧力不断增大，骨架曲线斜率变小，说明构件出现刚度退化现象。骨架曲线正向、反向趋势相似，抗侧力数值接近，说明装配式抗侧力墙板在正向、反向有相似的力学性能和抗震性能。
图3滞回骨架曲线
在层间位移角为1/250时，装配式抗侧力墙板的抗侧力约为40.39kN，在层间位移角为1/50时，装配式抗侧力墙板的抗侧力约为58.67kN。
4结论
通过建立有限模型，控制其误差在工程误差5%范围以内，则该模型可行并在此基础上进行深入研究，得到以下结论：
（1）内置斜撑的装配式抗侧力框架在水平低周往复荷载作用下并未破坏，说明该构件符合抗震要求。
（2）内置斜撑的装配式抗侧力框架抗震性能良好。在水平低周往复荷载作用下，刚度近似呈线性减小，未出现突变；延性性能较好。装配式抗侧力框架与内置的受拉斜撑的协同工作可使装配式抗侧力框架的抗震性能大幅提高。
参考文献
[1]段留省,苏明周,房正刚,王喆.高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能非线性有限元分析[J].建筑结构,2016,46(07):86-92.
[2]包芸芸.钢框架外挂轻质复合墙板结构抗震性能研究[D].北京建筑大学,2020.
[3]周晓洁,宋林杰,陈培奇,寇晓媛,张建新.采用内置式构造方案的空心砌块墙体抗震性能试验[J].地震工程与工程振动,2018,38(02):210-219.
[4]建筑抗震设计规范:GB50011—2010［S］．北京:中国建筑工业出版社，2010．
[5]高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能非线性有限元分析*段留省1，苏明
周2，房正刚3，王喆4
作者简介：许峰（1975-11），男，汉族，辽宁省沈阳市。副教授，博士，研究方向:钢结构。?