地震是一种自然现象,具有非常显著的特点,主要有地震发生迅速,瞬间,不能很好的做出预测警示,使得人们无法提前做出充分的准备;强震的破坏影响程度严重,影响到人们的生命财产安全;同时地震还会引发很多相关的次生灾害,对建设和谐安定的社会环境造成了不良影响。65345
钢材的材质较为均匀,韧性较好,在地震作用下,钢结构房屋的强度容易得到保证,所以一般说钢结构的房屋抗震性能优于其他传统建材的房屋结构。同时钢材的强度高,强度重量比高,这使得钢结构房屋的自重较轻,即具有轻质高强的特点,从而在地震作用下,结构所受的地震作用减小,这也使得钢结构的房屋性能优于其他建材的房屋结构。另外,钢材还具有良好的延性,其变形能力较强,所以钢结构房屋即使变形较大也不致于倒塌,这样便保证了结构的抗震安全性能。但是,如果钢结构房屋的设计不合理以及制造不准确,那么钢材的以上种种优良的材性就不能得到充分发挥,地震作用时,若不能按照预期呈现较高的承载力和延性性能,那么钢结构建筑的构件可能会失稳,材料发生脆性破坏,并且连接处也会破坏,例如,梁、柱局部失稳与整体失稳,交叉支撑破坏,节点破坏等。论文网
虽然钢结构建筑物有诸多优点,并且在地震中的抗震性能也较为良好,但不少地震灾害资料也表明了钢结构建筑物在地震中也出现了不少破坏的现象,值得引起重视,并加以分析和研究。例如:在1994年美国北岭地震中,发现了大量钢结构丧失使用功能的情况,主要是因为局部破坏引起的,如梁柱节点破坏、支撑整体和局部失稳等[3]。在1995年日本阪神地震中,也出现了不少破坏现象,主要发生在钢柱、梁柱节点处等。这样的现象还有不少,值得引起重视,但国内外在抗震性能研究方面主要针对的都是钢筋混凝土结构,对钢结构的研究还不够全面细致,所以对门式刚架地震响应作出进一步的深入研究是非常有必要的。
通常采用确定性方法[4]来对结构进行地震作用下动力响应特性的研究。同时地震实际上是一种随机变化的不确定作用,所以不少研究者也采用随机动力响应方法[5]。下面列举了一些国内外学者对门式刚架地震响应进行理论研究的方法。S.Karamanos[6]对承受竖向荷载的单跨、双跨门式刚架在1981年Alkyonides地震波荷载作用下进行了分析,并和Eurocode8进行了对比。兰东[7]利用有限元方法直接对平面刚架结构进行离散后,假定地震为平稳过渡白噪声输入,讨论其在水平和竖向地震作用下的随机动力响应问题,还分析了空间刚架结构的地震荷载随机动力响应,及空间刚架对地震的响应,并且通过算例分析研究了不同地震作用组合工况对几种形式门式刚架轻型房屋钢结构的影响。章军[8]按《抗震规范》[9]的方法,用底部剪力法,通过算例分析,分别讨论了地震作用组合工况对单层门式刚架工业厂房、带吊车单层门式刚架工业厂房 、带夹层的门式刚架工业厂房、四周为砖墙围护的单层门式刚架工业厂房等4种形式门式刚架轻型房屋钢结构变形的影响,探讨了门式刚架设计过程中地震作用的计算和抗震措施等问题。于洪[10]利用计算机在求解变截面框架形常数的基础上,利用有限元直接刚度法形成了变截面框架结构刚度矩阵,再利用静力凝聚技术得到了动力矩阵,由广义Jacobi法和规范振型分解反应谱法分别求解频率、振型和地震力。徐贵章[11]同样利用有限元直接刚度法,形成了变截面刚架结构的刚度矩阵,经静力缩聚得到了结构的动力柔度矩阵,并且利用规范地震反应谱完成加腋梁柱门式刚架的振型、频率和变形的计算。KWON和PARK[12]根据已有的平行阶形悬臂梁建立的数学模型和推导出的函数模拟简谐振动运动方程,并利用Hamilton变分法则,采用符合实际情况的运动方程、连接边界条件和连续条件进行了分析,将得到的包括各质点的振动模态、频率确定解与通过有限元工具分析得到的解进行分析比较。