RC环梁连接的钢管混凝土框架试验研究与理论分析

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钢管混凝土(SteelTubeConfinedConcrete,STCC)柱与钢筋混凝土(ReinforcedConcrete,RC)框架梁的连接方式是我国高层建筑应用钢管混凝土结构的关键之一。钢筋混凝土环梁连接是一种比较好的连接方式,有必要对RC环梁和采用RC环梁连接的钢管混凝土框架进行深入研究。本文介绍了一座RC环梁连接的两层纵横各两跨的大型STCC柱-RC梁空间框架模型的拟动力试验、往复加载试验以及推覆试验。试验结果表明:地震作用下,模型框架有框架梁端形成塑性铰和环梁形成塑性铰两种屈服机制;框架具有良好的变形能力;环梁与STCC柱间仅在局部区域出现上下不贯通的细小缝隙,在罕遇地震作用下RC环梁连接的钢管混凝土框架是安全的;钢管混凝土框架具有良好的抗震性能。 通过有限元计算,分析研究了RC环梁连接节点受力机理,提出了环梁内力计算模型,用该模型得到了环梁切向轴力、水平径向剪力和绕竖轴弯矩的计算公式,从而可以确定环梁环筋和箍筋水平肢的配筋;结合已有试验结果,根据环梁破裂面的假设,建立了破裂面上切向和径向拉力以及竖向剪力的计算公式,由切向和径向拉力可以确定环梁环筋和箍筋水平肢配筋,给出了抵抗竖向剪力的环梁竖向抗剪计算公式。在上述基础上,结合已有试验结果,通过对工程常用尺寸环梁连接节点的分析,建立了环梁环筋和箍筋水平肢与框架梁纵筋之间的关系,提出了两种环梁抗弯简化设计方法,两种方法的设计结果基本一致。初步探讨了环梁与STCC柱界面摩擦自锁特性和楼板对环梁的影响。 研究表明,环梁和框架梁宽度是影响环梁连接转角刚度和环梁区域框架梁等效宽度的主要因素;用两种模型计算了环梁连接的STCC柱-RC梁框架的弹性内力和位移,模型一考虑环梁连接转角刚度和环梁区域框架梁等效宽度,模型二为框架梁与STCC柱之间刚性连接,两种模型的计算结果基本相同;试验结果也表明,对该类框架可以采用等截面框架梁与STCC柱刚性连结的模型进行分析。 对一幢采用RC环梁连接的STCC框架-核心筒结构的高层建筑,进行三维动力和静力弹塑性分析,初步探讨了不同强度的地震作用下,结构的屈服状态和地震水平剪力在框架和核心筒间的分配变化。
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