半刚性钢管混凝土组合框架抗震性能及抗连续倒塌研究

发布时间：2018-11-12 08:26

【摘要】：建筑工业化通过现代化的制造、运输、安装和科学管理的大工业生产代替传统建筑业中分散的、低水平的、低效率的手工业生产,是我国未来建筑业的发展方向。为了实现建筑工业化,必须采用标准化的构件、通用的大型工具进行生产和施工,建筑工业化需要应用新型装配式结构体系。本文主要研究一种新型装配式钢结构体系,即钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强螺栓和端板连接形成的半刚性钢管混凝土组合框架。这种结构体系的优点在于承载力高、抗震性能优越、装配化施工快速等显著优点。目前国内外对该体系的研究主要集中在单边高强螺栓连接及梁柱节点等方面,尚缺乏钢管混凝土柱与组合梁通过单边螺栓和端板连接形成的半刚性钢管混凝土组合框架的抗震性能、设计方法和抗连续倒塌机理的研究。因此,本文做了如下科学研究和工作:(1)对两榀两层单跨半刚性钢管混凝土组合框架进行了水平低周反复荷载试验研究,研究了此类组合框架的破坏模式、刚度和强度退化规律、耗能能力、延性、荷载—位移关系滞回曲线及骨架曲线等;同时分析了柱截面类型和端板连接形式等参数对半刚性钢管混凝土组合框架关键抗震性能指标的影响,为建立半刚性钢管混凝土组合框架理论分析提供了验证依据。(2)利用塑性分析方法,考虑了组合节点各可能破坏模式,建立了正、负弯矩作用下组合节点抗弯承载力简化计算模型,提出了半刚性钢管混凝土组合节点的抗弯承载力计算方法。考虑混凝土楼板的贡献,利用组件法,提出了在正、负弯矩作用下半刚性钢管混凝土框架单边螺栓端板连接初始转动刚度的计算方法。所提计算方法能准确地计算连接初始刚度,适用于按照完全和部分抗剪连接设计的钢管混凝土组合框架节点。给出了单调荷载和循环荷载作用下,连接弯矩-转角关系曲线数学模型。(3)建立了半刚性钢管混凝土组合框架的弹塑性地震反应分析模型,采用4320个算例,考虑节点抗弯承载力、转动刚度和楼层屈服强度系数的影响,分别统计了 3层、6层、12层半刚性钢管混凝土组合框架在罕遇地震作用下弹塑性层间位移计算结果,提出了罕遇地震作用下半刚性钢管混凝土组合框架弹塑性层间位移简化计算方法。(4)通过有限元软件Perform 3D,基于能量法,以端板连接形式为分析参数,分别对2榀采用外伸端板连接或平齐端板连接的半刚性钢管混凝土组合框架进行了弹塑性动力时程分析。研究结果表明:地震动频谱对此类结构总输入能、阻尼耗能、滞回耗能以及滞回耗能占总耗能比例影响非常大;结构的阻尼比对滞回耗能占总耗能比例影响显著,滞回耗能在结构竖向呈上小下大的梯形分布。(5)利用SAP2000程序分别建立3层、6层、12层半刚性钢管混凝土组合框架连续倒塌理论分析模型。以端板连接形式、柱截面类型、是否考虑组合梁效应为分析参数,采用备用荷载路径法和瞬时加载法分别对此类组合框架进行了非线性静力分析和动力分析。结果表明,边柱破坏对此类结构连续倒塌敏感性更强,在相同竖向荷载作用下,失效节点竖向位移反应更大;结构体系刚度大,其抗连续倒塌承载能力强。
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【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU398.9

【参考文献】