钢管混凝土柱—钢梁混合主次结构振动台试验研究

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钢管混凝土-钢梁混合主次结构是一种新型的建筑结构体系,其主结构采用钢管混凝土柱和钢梁形成抗侧力体系,次结构采用嵌套进主结构中的轻钢框架,主要承受自身竖向荷载。该结构体系抗震性能良好,装配效率高,符合国家大力推行的建筑业标准化、工业化、装配化发展方向,具有较好的应用前景。本课题组对该新型结构体系的抗震性能、次结构体系设计及主次结构连接等设计中的若干关键问题已进行过较为深入的理论研究,取得了一定的成果,但这些成果要进一步完善和应用到工程实践尚需振动台试验的检验。本文主要根据两种不同次结构形式,按7度0.1g设防烈度设计并制作了缩尺比为1:3的两个6层缩尺模型。其中模型一次结构采用梁-柱铰接、次结构柱非通长的结构形式,模型二次结构采用梁-柱刚接、次结构柱通过滑动式套筒形成梁下柱的结构形式;除次结构形式不同外,模型一还采用了新型刚性法兰节点连接和次结构层楼板采用预制楼板等不同技术措施。本文完成了相似关系设计、配重计算、地震波选择及加载制度制定等一系列的试验前准备,对两个缩尺模型分别进行了振动台试验,并完成了试验结果的分析和研究。本文主要研究成果如下:(1)按7度0.1g设计的两个缩尺模型,在7度小震作用下基本处于弹性工作阶段,中震及大震作用下模型主体结构均无明显破坏现象,满足结构设计要求;在8度0.2g大震作用下,最大层间位移角接近但仍未超过1/50的规范限值;在8度0.2g极罕遇地震作用下,两个模型最大层间位移角分别达到为1/28和1/31,但均未受到严重破坏,模型结构仍具有一定的整体刚度而不至倒塌。两个模型各项抗震指标相差不大,在地震作用下均具有较好的抗震性能。(2)对两个缩尺模型的试验对比研究表明,模型一采用梁-柱铰接和次框架柱非通长设计的次结构形式,其整体刚度较小,次结构体系参与整体抗侧的效果不明显;模型二次结构由于采用梁-柱刚接和梁下柱节点形式,主次结构间整体性增强,主体结构抗侧刚度增大,次结构分担水平地震作用的比例也更大,故次框架构件在地震作用中易成为薄弱部位。(3)模型一次结构层的预制钢筋混凝土楼板,采用本文设计的连接构造措施及嵌固方式,楼板在大震作用下除与梁、柱接缝处的后浇带混凝土表面开裂外,楼板主体无明显破坏现象。试验证明,预制板相关连接措施可以实现其与边梁的有效嵌固,边梁、楼板组成的整体可以形成一定的空间作用约束边梁的扭转,并有效地传递楼层的水平力。(4)两个模型均采用U型抗震钢卡件连接并填充柔性材料的装配式轻质墙板,试验结果表明墙板对主体结构有较明显刚度贡献,其在地震作用下满足“小震不裂、大震不塌”的设计原则。模型一采用的新型刚性法兰连接节点在大震作用下无明显破坏现象,具有较好的抗震性能。试验结果表明,本试验所采用的墙板与主体结构柔性连接方式及刚性法兰节点设计均适用于7度0.1g及更高烈度抗震设防地区,在实际工程中的应用是可行的。
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