混凝土柱—钢梁混合体系抗震性能及损失评估
发布时间：2020-07-28 08:04
【摘要】：地震是极具破坏性与毁灭性的自然灾害之一。历次震害已经证明,地震的潜在破坏作用能够使建筑物产生严重的损伤甚至倒塌,造成数以万计的人员伤亡与财产损失。动力时程分析法能够真实反映结构在某一特定强度地震作用下的结构响应,适合于高层及超高层结构的抗震性能评估。美国联邦应急管理署(FEMA)在“下一代性能化设计”研究计划中通过FEMA-P58报告提出的“经济性能分析法”能够从经济角度评估结构的震后经济损失与修复时间,为结构初始设计与震后维修提供参考。本文综合采用动力时程分析法与FEMA-P58经济性能分析法,评估钢筋混凝土柱-钢梁(RC-S)、钢管混凝土柱-钢梁(CFST-S)及钢管约束混凝土柱-钢梁(TC-S)三种新型混合结构体系的抗震性能,主要研究内容如下所述:(1)基于ABAQUS平台建立某超高层CFST-S主结构有限元模型与由主结构和内部轻钢子结构组合形成的混合结构的有限元模型,通过比较原盈建科模型与ABAQUS模型的自振周期、地震作用下的位移时程曲线,验证ABAQUS模型建立的准确性;通过比较主结构与混合结构的自振周期,指出子结构的组合对主结构的不利影响;通过比较主结构与混合结构在多遇地震及罕遇地震下的结构响应,分析子结构对主结构抗震性能的影响。(2)针对目前RC-S、CFST-S及TC-S混合体系抗震性能研究不足的缺陷,根据CFST-S混合结构的基本信息,设计了RC-S与TC-S混合结构,建立了RC-S与TC-S混合结构的ABAQUS有限元模型,根据中国规范挑选了大量的实际地震动与人工地震动,计算了RC-S、CFST-S及TC-S混合结构在多遇地震、基本地震、罕遇地震和极罕遇地震下的结构响应,比较了三种混合结构的抗震性能。(3)利用FEMA-P58报告提出的基于易损性曲线与结果函数的经济性能分析法,进行混合结构性能组的分类与数量统计,通过比较计算获得的RC-S、CFST-S及TC-S混合结构在不同地震强度下的经济损失、维修时间超越概率曲线与结构构件、非结构构件震后维修时间按楼层分布直方图,指出了不同混合结构在不同地震强度下经济性能的差异,进而从经济角度评估不同混合结构的抗震性能。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9;TU352.11
【图文】：
a) 十字型钢 b) H 型钢 c) 圆钢管 d) 方钢管图 1-1 组合柱的截面形式[9]近年来，随着混凝土柱材料组合形式与柱截面形式的多样化，新型混凝土柱-钢梁节点的设计形式不断涌现，科研人员针对 RC-S、CFST-S 节点及混合结构进行了大量的试验研究与有限元分析，提出了不同类型混凝土柱-钢梁节点的设计建议与强度计算公式，为建立混凝土柱-钢梁混合结构提供了强有力的支持。目前对于 TC-S 混合结构的研究主要集中于柱构件层面，对于 TC-S 节点及TC-S 混合结构相关试验及有限元研究较少，仍然有广阔的开拓空间。经过众多施工单位与科研单位多年的努力，目前大多数国家有关部门已经针对不同类型混合结构制定了相应的结构设计规范如表 1-1 所示。表 1-1 结构设计规范钢筋混凝土 钢管混凝土 钢管约束混凝土中国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)钢管混凝土结构技术规范(GB50936-2014)钢管约束混凝土结构技术规程(JGJ-2018)意见稿美国 ACI318-11 ACI319-89 —
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文上、下断开”，这种设计方式保证了钢梁的连续性，施工工艺上减少了钢材的焊接工作量，但是由于钢筋混凝土柱断开，节点区混凝土的浇捣与纵筋、箍筋的绑扎变得更加困难，一定程度上增加了施工难度；而日本主要采用“柱贯通”的设计理念，即“柱子在节点区贯通，钢梁在节点区左、右断开”，这种设计方式使得节点区梁柱的连接方式相对简单，且方便了混凝土的浇捣，但是由于钢梁的断开，梁柱的连接变得更加复杂，增加了施工难度，而且施工质量难以保证[15-16]。针对钢梁在节点区焊接质量无法保证的问题，考虑到现场施工的实际情况，借鉴钢结构的施工经验，目前工程上亦采用“螺栓连接”的方式，即将钢梁端部与混凝土柱内预埋连接件用螺栓固定在一起。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文部分共 2 层，全部为钢筋混凝土结构，每层层高 3.8m。主体结构标准层、裙房层、地下室平面示意图及立面示意图如图 2-1、图 2-2 所示。裙房层裙房部分柱子采用钢筋混凝土柱，截面尺寸为 600mmx600mm；梁采用钢筋混凝土梁，截面尺寸为 400mmx800mm。主体结构主体部分外围钢管混凝土（CFST）柱共 18根，其中 1-11 层的 CFST 柱截面尺寸分别为 P800mmx18mm、P800mmx14mm、P800mmx18mm ， 12-20 层的 CFST 柱截面尺寸分别为 P800mmx14mm ，P800mmx12mm ， P800mmx12mm ， 21- 屋顶层的 CFST 柱截面尺寸分别为P800mmx12mm，P800mmx10mm，P800mmx12mm。主结构梁均为钢梁，钢材型号为 Q345B。支撑全部为钢屈曲约束支撑（BRB），钢材型号为 Q345B。楼板采用新型预制混凝土叠合楼板，裙房层楼板厚度为 180mm，架空层及标准层楼板厚度为 150mm，混凝土强度为 C30，板底筋采用双向 C8@150，板顶筋采用 C10@150。主结构构件截面尺寸如表 2-1 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9;TU352.11
【图文】：
a) 十字型钢 b) H 型钢 c) 圆钢管 d) 方钢管图 1-1 组合柱的截面形式[9]近年来，随着混凝土柱材料组合形式与柱截面形式的多样化，新型混凝土柱-钢梁节点的设计形式不断涌现，科研人员针对 RC-S、CFST-S 节点及混合结构进行了大量的试验研究与有限元分析，提出了不同类型混凝土柱-钢梁节点的设计建议与强度计算公式，为建立混凝土柱-钢梁混合结构提供了强有力的支持。目前对于 TC-S 混合结构的研究主要集中于柱构件层面，对于 TC-S 节点及TC-S 混合结构相关试验及有限元研究较少，仍然有广阔的开拓空间。经过众多施工单位与科研单位多年的努力，目前大多数国家有关部门已经针对不同类型混合结构制定了相应的结构设计规范如表 1-1 所示。表 1-1 结构设计规范钢筋混凝土 钢管混凝土 钢管约束混凝土中国混凝土结构设计规范(GB50010-2010)钢管混凝土结构技术规范(GB50936-2014)钢管约束混凝土结构技术规程(JGJ-2018)意见稿美国 ACI318-11 ACI319-89 —
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文上、下断开”，这种设计方式保证了钢梁的连续性，施工工艺上减少了钢材的焊接工作量，但是由于钢筋混凝土柱断开，节点区混凝土的浇捣与纵筋、箍筋的绑扎变得更加困难，一定程度上增加了施工难度；而日本主要采用“柱贯通”的设计理念，即“柱子在节点区贯通，钢梁在节点区左、右断开”，这种设计方式使得节点区梁柱的连接方式相对简单，且方便了混凝土的浇捣，但是由于钢梁的断开，梁柱的连接变得更加复杂，增加了施工难度，而且施工质量难以保证[15-16]。针对钢梁在节点区焊接质量无法保证的问题，考虑到现场施工的实际情况，借鉴钢结构的施工经验，目前工程上亦采用“螺栓连接”的方式，即将钢梁端部与混凝土柱内预埋连接件用螺栓固定在一起。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文部分共 2 层，全部为钢筋混凝土结构，每层层高 3.8m。主体结构标准层、裙房层、地下室平面示意图及立面示意图如图 2-1、图 2-2 所示。裙房层裙房部分柱子采用钢筋混凝土柱，截面尺寸为 600mmx600mm；梁采用钢筋混凝土梁，截面尺寸为 400mmx800mm。主体结构主体部分外围钢管混凝土（CFST）柱共 18根，其中 1-11 层的 CFST 柱截面尺寸分别为 P800mmx18mm、P800mmx14mm、P800mmx18mm ， 12-20 层的 CFST 柱截面尺寸分别为 P800mmx14mm ，P800mmx12mm ， P800mmx12mm ， 21- 屋顶层的 CFST 柱截面尺寸分别为P800mmx12mm，P800mmx10mm，P800mmx12mm。主结构梁均为钢梁，钢材型号为 Q345B。支撑全部为钢屈曲约束支撑（BRB），钢材型号为 Q345B。楼板采用新型预制混凝土叠合楼板，裙房层楼板厚度为 180mm，架空层及标准层楼板厚度为 150mm，混凝土强度为 C30，板底筋采用双向 C8@150，板顶筋采用 C10@150。主结构构件截面尺寸如表 2-1 所示。
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本文编号：2772589
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