钢管混凝土柱—钢梁平面框架的力学性能研究

【摘要】：本文研究了圆形及方形截面钢管混凝土柱-工字钢梁平面框架结构的力学性能和实用计算方法，具体进行了以下几方面的工作： (1) 以环板尺寸和轴压比为主要参数，进行了10榀钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点的滞回性能实验研究，考察了各参数对节点力学性能和破坏模式的影响规律。实验结果表明，不同轴压比和环板尺寸的钢管混凝土节点的荷载-位移滞回曲线均较为饱满，没有明显的捏缩现象，刚度和强度退化不明显，说明此类节点具有良好的抗震耗能能力。 (2) 在工程常用参数范围内进行了4组12榀圆形及方形截面钢管混凝土柱-钢梁平面框架在恒定轴力和水平往复荷载共同作用下的实验研究，实验时考察的主要参数为：柱截面形状(圆形及方形)、含钢率(圆形：α=0.06，0.103；方形：α=0.125，0.126)、轴压比(圆形：n=0.06～0.6；方形：n=0.04～0.6)、梁柱线刚度比(圆形：i=0.36～0.58；方形：i=0.34～0.62)等。通过实验研究了上述参数变化时钢管混凝土柱-钢梁平面框架的力学性能及破坏规律，结果表明，钢管混凝土框架具有良好的抗震耗能能力。 (3) 进行了钢管混凝土框架力学性能的非线性有限元理论分析，考虑了材料和几何双重非线性，分别进行了框架单调荷载和往复荷载作用下的全过程分析。算例分析表明，理论计算结果与实验结果总体上吻合较好。同时，采用ABAQUS有限元软件基于混凝土塑性损伤模型对本文框架试件进行了荷载-位移全过程分析，理论计算与实验结果总体上吻合良好，在此基础上分析了钢管混凝土框架的工作机理，明晰了钢管混凝土框架的破坏模式及受力全过程中构件截面上应力分布等微观机理。 (4) 利用本文提出的理论模型，对影响钢管混凝土柱-钢梁框架荷载-位移关系的主要因素，如：含钢率、混凝土强度、钢材强度、轴压比、长细比、梁柱线刚度比、梁柱屈服弯矩比等参数进行了分析，得到各参数对其力学性能的影响规律。在简化二阶分析的基础上提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型和位移延性系数的简化计算方法，可为钢管混凝土框架的动力分析提供参考。