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在住宅产业化政策的推动下,近年来我国钢结构住宅体系的研究和应用与日俱增。随着
钢结构住宅这种量大面广的建筑的不断发展,对钢结构框架体系抗震性能更加深入的研究,
已成为摆在我们面前急需解决的课题。
目前国内外已有不少试验研究和震害调查,均表明混凝土楼板的组合作用及砌体填充墙
的存在,会对钢框架的自振特性和地震反应产生较大影响,但关于这两种影响并没有提出很
好的理论分析模型。本文在现有纯钢框架理论研究的基础上,提出了考虑楼板组合作用后的
框架组合梁分析模型,及框架填充墙的分析模型,利用建立的理论模型进行钢框架体系整体
分析,研究混凝土楼板和砌体填充墙对钢框架地震反应的影响,进一步对钢框架抗震设计提
出合理建议。
为建立框架组合梁分析模型,本文首先进行了钢—混凝土组合梁的弹性单元分析。基于
Newmark部分相互作用理论,推导了组合梁平衡微分方程。在此基础上,建立了能考虑混
凝土翼板和钢梁部分相互作用的框架组合梁单元弹性刚度方程。算例分析表明,楼板组合作
用对钢框架结构的刚度影响较大,并分析了接触面剪切模量的影响。接下来,本文对钢—混
凝土组合梁截面的滞回性能进行了研究。通过大量数值计算,分析了各种因素对截面滞回性
能的影响,进而建立了组合梁截面弯矩—曲率滞回模型。最后,根据框架组合梁在水平地震
作用下的受力变形特点,基于集中塑性铰理论,建立了框架组合梁单元分段变刚度Clough
模型弹塑性单元刚度方程。
目前,我国关于填充墙钢框架静力和动力性能的研究还较少,而我国现行建筑抗震设计
规范中,对钢框架填充墙的规定也还很不完善。基于这种现状,本文首先根据国内外现有的
填充墙钢框架研究文献,分析总结了填充墙钢框架结构的静力性能及其影响因素、动力及滞
回性能特点、结构强度和刚度分析方法等。进而,针对目前我国建筑市场上大量采用的蒸压
轻质加气混凝土(ALC)砌块,结合文献的试验研究成果,提出了ALC砌块框架填充墙的
等效斜撑分析模型,并建立了斜撑单元的恢复力模型,通过理论分析与试验结果对比,验证
了本文模型的合理性和有效性。
进行了带墙钢框架试验模型的模拟地震振动台试验研究。根据试验现象及试验结果分
析,发现嵌砌在框架内的填充墙较各类外挂墙板,对钢框架动力特性和地震反应的影响更为
显著。进—步又针对ALC砌体填充墙钢框架进行了振动台试验,利用本文提出的框架组合
梁和钢框架填充墙分析模型,对试验模型的地震反应进行了模拟,取得了令人满意的效果。
最后,通过单层和三层平面钢框架典型结构的弹塑性地震反应分析,分别研究了考虑楼
板组合作用和填充墙强度刚度贡献,对钢框架结构自振频率、位移反应、内力反应及结构破
坏时框架梁柱塑性铰数量和分布的影响。分析表明,填充墙的存在可能对钢框架的地震反应
造成不利影响。因此,通过变化钢框架和填充墙的层刚度比,同时考虑填充墙的不同布置,
研究了填充墙对钢框架柱小震下轴力的影响,得出了有益的结论。结合上述混凝土楼板和砌
体填充墙对钢框架地震反应的影响研究,提出了钢框架抗震设计的合理建议。
本文研究尚属探索性阶段,关于混凝土楼板和砌体填充墙对钢框架抗震性能的影响,今
后还需进行大量的试验和理论研究,才能建立更加完善的钢框架抗震设计理论。
关键词:钢框架,地震反应分析,组合梁,部分相互作用,单元分析,滞回性能,填充墙,
ALC砌块砌体,等效斜撑模型,恢复力模型,振动台试验,塑性铰,抗震设计