型鋼混凝土異形柱框架抗震性能及設計方法研究.pdf

1、型鋼混凝土異形柱結(jié)構(gòu)是異形柱結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合產(chǎn)生的一種新型結(jié)構(gòu)體系,它不僅具有異形柱結(jié)構(gòu)柱楞在室內(nèi)不凸出、少占建筑空間、美觀適用等優(yōu)點,還保持了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)承載能力高、抗震性能好等優(yōu)越性。課題組前期已經(jīng)對型鋼混凝土異形柱及其框架節(jié)點的基本受力行為及抗震性能進行了研究,本文在此基礎上對型鋼混凝土異形柱框架的抗震性能及設計方法進行系統(tǒng)研究。
　　設計了3榀兩跨三層的型鋼混凝土異形柱框架,分別為空腹式配鋼的異形柱中框架、實腹

2、式配鋼的異形柱邊框架和實腹式配鋼的異形柱中框架。通過對其進行低周反復加載試驗,觀察了型鋼混凝土異形柱框架的受力過程和破壞形態(tài),獲得了型鋼應變的分布、荷載-位移滯回曲線和骨架曲線,分析了其承載力、層間位移角、延性、耗能能力、剛度退化等力學性能。結(jié)果表明:型鋼混凝土異形柱框架破壞時形成梁鉸機制,符合“強柱弱梁”的抗震設計要求;滯回曲線飽滿對稱,延性和耗能能力均優(yōu)于鋼筋混凝土異形柱框架。基于試驗結(jié)果,提出了型鋼混凝土異形柱框架的三折線恢復力模

3、型。
　　采用有限元軟件Abaqus對型鋼混凝土異形柱框架進行了單調(diào)荷載作用下的靜力彈塑性分析,計算結(jié)果與試驗結(jié)果符合較好。根據(jù)計算結(jié)果,對型鋼混凝土異形柱框架的工作機理進行了分析,明晰了型鋼混凝土異形柱框架在水平荷載作用下的截面應力分布和發(fā)展規(guī)律以及破壞模式。在此基礎上，建立Abaqus模型分析了混凝土強度、柱型鋼強度、軸壓比、柱肢高肢厚比、梁柱線剛度比和梁柱屈服彎矩比對型鋼混凝土異形柱框架受力性能的影響,得到了各參數(shù)的影響規(guī)律

4、。
　　采用Opensees平臺系統(tǒng)對型鋼混凝土異形柱框架進行了滯回性能及時程反應分析。對試驗框架模型進行低周反復荷載作用下的有限元計算,得到的滯回曲線與試驗結(jié)果符合較好。根據(jù)計算結(jié)果,分析了型鋼混凝土異形柱框架梁端和柱端的彎矩-曲率滯回曲線以及P-Δ效應和軸壓比對型鋼混凝土異形柱框架滯回性能的影響。對試驗框架模型進行模態(tài)分析和輸入地震波作用下的時程分析,結(jié)果與Sap2000的相應計算結(jié)果符合較好。基于計算結(jié)果,分析了峰值加速度相

5、同的不同地震波作用下以及峰值加速度不同的同一地震波作用下型鋼混凝土異形柱框架的位移、加速度和基底剪力等動力響應。
　　參照國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范,將型鋼混凝土異形柱框架的性能水平劃分為正常使用、暫時使用、修復后使用、生命安全和接近倒塌五檔,并結(jié)合三個地震設防水準,給出了型鋼混凝土異形柱框架的抗震性能目標。在型鋼混凝土異形柱及框架抗震性能試驗研究的基礎上，提出了型鋼混凝土異形柱框架對應五個性能水平的層間位移角限值。
　　將基于位移的抗