半刚性连接钢框架—混凝土核心筒受力性能研究

【摘要】：钢框架—混凝土核心筒高层混合结构是近年来我国最常用的高层建筑结构体系。然而，对这种结构的分析与设计还主要基于梁柱刚性连接假定，与实际工程中梁柱连接常常呈现出一定程度的半刚性的事实不符。而专门针对这类结构考虑连接半刚性影响的系统研究还不足。鉴于此，本文总结了国内外学者关于半刚性连接性能和半刚性连接结构性能方面的研究成果以及各国规范对半刚性连接的规定，对外伸端板连接钢框架—混凝土核心筒高层混合结构的静力与动力性能进行了研究。主要完成了以下工作： (1)以连接M-θ_r曲线线性模型及弹性小变形理论为基础，对半刚性连接混合结构进行了理论分析。在引入连接约束系数r后，推导了两端带半刚性连接梁单元刚度矩阵，并提出了连接半刚性对混合结构影响的机理；推导了半刚性连接混合结构的刚度特征值；利用ABAQUS程序对五个外伸端板连接进行了三维非线性有限元分析，得到了连接M-θ_r曲线并验证了文献[5]中外伸端板连接初始刚度公式的准确性。 (2)利用文献[5]中的外伸端板连接初始刚度公式，计算得到了满足《端板式半刚性连接钢结构技术规程》（CESC260:2009）中构造要求连接的初始刚度及对应的约束系数值，并以此设置了二十三个连接刚度工况。采用SAP2000程序建立了一个30层的钢框架—混凝土核心筒高层结构模型，对不同连接刚度工况结构进行了风荷载作用分析、地震作用反应谱分析及弹性动力时程分析。 (3)通过上述分析得到了不同连接刚度工况结构的刚度特征和自振周期；得到了风荷载和地震作用下结构的楼层侧移、层间位移角、整体结构内力、核心筒内力、钢框架内力；得到了EL-CENTRO波下结构的位移、内力反应时程及包络曲线；进一步总结出了连接半刚性对结构静力和动力性能影响的定性规律。 (4)通过对风荷载及地震作用下连接半刚性对结构的性能影响进行定量分析，得到了结构前二阶自振周期、顶层侧移、最大层间位移角、整体结构最大内力、核心筒最大内力、框架最大内力及其相对于刚性连接结构的变化系数与约束系数r及连接刚度R_k的拟合关系式。并基于这些拟合公式对连接半刚性在两种不同水平作用下对结构的影响进行了对比分析。最终提出了地震作用下结构梁柱连接的刚性判别准则。