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型钢混凝土柱—钢梁组合框架结构抗震性能研究

吕丹丹  
【摘要】:型钢混凝土柱-钢梁组合框架结构是一种新型的钢与混凝土组合结构体系。本文以工程实例为背景,建立了 12层型钢混凝土柱-钢梁组合框架结构模型。运用有限元软件ETABS对结构进行模态分析、振型分解反应谱分析、线性时程分析、静力非线性pushover分析,研究框架柱型钢含钢率、框架柱与框架钢梁线刚度比、框架柱混凝土强度等级、现浇钢筋混凝土楼板厚度四个因素对结构自振特性、弹性变形能力及整体抗侧移刚度、弹塑性变形及延性性能、地震耗能能力等的影响。主要结论如下:(1)当型钢混凝土柱含钢率分别由3.86%、5.14%、4%增大到11.14%、12.57%、9.2%时,结构在线性阶段的第一自振周期由2.038s减小到2.013s,最大层间位移角由1/800减小到1/869,底部剪力由3853.18KN增大到3897.54KN,表明结构的侧向变形随之减小,整体抗侧移刚度提高。在弹塑性阶段,同样增大结构的含钢率,结构在性能点处的有效周期由2.01s减小到1.81s,最大层间位移角由1/163减小到1/168,结构梁柱两端塑性铰发展越来越充分,变形量越来越大。(2)当结构的边梁柱线刚度比由0.117、0.204、0.390增大到0.334、0.580、1.11,中梁柱线刚度比由0.066、0.116、0.223增大到0.210、0.366、0.699时,结构在线性阶段的第一自振周期由2.038s减小到1.446s,最大层间位移角由]/800减小到1/1280,底部剪力由3853.18KN增大到7341.61KN,表明结构的侧向变形随之显著减小,整体抗侧移刚度显著提高。在弹塑性阶段,同样增大结构的梁柱线刚度比,结构在性能点处的有效周期从2.01s减小到1.55s,最大层间位移角由1/163减小到1/199,框架梁柱两端塑性铰开展越来越充分。但是当结构边梁柱线刚度比增大到0.264、0.458、0.876时,中梁柱线刚度比增大到0.16、0.277、0.53时,组合框架结构型钢混凝土柱比钢梁先屈服破坏,结构出现"强梁弱柱"屈服现象,不符合建筑抗震设计要求的基本原则"强柱弱梁"。(3)当框架柱混凝土强度等级由C30增大到C80时,结构在线性阶段的第一自振周期由2.057s减小到2.002s,最大层间位移角由1/858减小到1/879,底部剪力由3851.88KN增大到3879.74KN,可见框架结构的侧向变形随之减小,整体抗侧移刚度提高。在弹塑性阶段,同样增大结构的混凝土强度等级,结构在性能点处的有效周期由2.045s减小到1.958s,最大层间位移角由1/161减小到1/172,结构梁柱两端塑性铰发展越来越充分,变形量越来越大。(4)在线性阶段,当楼板厚度由100mm增加到120mm时,框架的整体抗侧移刚度显著提升。当楼板厚度从120mm再增加到150mm时,结构的弹性变形和抗侧移刚度显著下降。在弹塑性阶段,楼板厚度从100mm增大到150mm时,结构在性能点处的有效周期从2.01s减小到1.79s,最大层间位移角由1/163减小到1/174,结构梁柱两端塑性铰发展越来越充分,变形量越来越大。


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