方钢管混凝土框架抗震性能的试验与理论研究

【摘要】：在钢管混凝土结构的研究中,圆钢管混凝土的研究起步较早,已经取得了大量的研究成果,理论研究和工程应用日趋完善。而对方钢管混凝土结构的研究工作开展较晚,大都集中在基本构件的力学行为,而对方钢管混凝土框架结构整体工作性能的研究开展较少。本文通过拟静力试验,进行了方钢管混凝土柱子和方钢管混凝土框架的抗震性能的试验研究,在此基础上对方钢管混凝土的框架模型进行了非线性有限元分析,为方钢管混凝土结构抗震设计计算理论的建立奠定了基础。 1、方钢管混凝土柱子抗震性能的试验研究。按照不同的含钢率、长细比和轴压比,设计进行了9根方钢管混凝土框架柱的低周反复加载试验。研究方钢管混凝土框架柱在水平地震作用下的承载能力、滞回性能、延性与变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制。研究表明,方钢管混凝土柱荷载-位移滞回曲线的图形具有较好的稳定性,曲线图形比较饱满,延性好,变形能力强,具有良好的耗能能力,表现出良好的抗震性能。 2、方钢管混凝土框架的抗震性能的试验研究。基于一榀三层两跨方钢管混凝土框架拟静力试验,分析了低周反复水平荷载下框架的承载能力、滞回性能、延性与变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制,并根据顶层滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型。试验表明,框架荷载-位移滞回曲线是稳定的“梭形”,图形饱满,延性和变形能力较强,耗能能力好,承载能力高,满足一般延性框架的抗震性能要求。 3、钢管混凝土框架的抗震性能的非线性有限元分析。在试验基础上进行了理论研究,用非线性有限元方法分析框架,编写了六面体八节点等参元形函数、单元刚度矩阵等部分程序,将恢复力模型应用到混凝土弹性模量退化方程中。最后采用ANSYS对框架进行了有限元分析,从理论上得到了分析的滞回曲线,并与试验曲线进行了对比。结果证明,结合本文理论研究成果进行的非线性有限元分析取得了理想的效果。