梁端铰接钢管混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构抗震性能与易损性分析

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyunxiaoyan
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为了推动建筑工业化发展,拓宽装配式技术的应用,本文以梁端铰接钢管混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构体系为研究对象,将外框架钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,使得新的高层结构体系成为半装配式的新型抗侧力结构体系,降低了外框架设计难度和提高了经济效益。目前对这种新型结构体系的研究还比较少,针对此新型结构的抗震性能进行研究,在地震模拟振动台试验研究的基础上,建立可靠的非线性有限元模型,分析常用的结构层数和核心筒面积比参数对结构的影响规律,量化对比新型结构梁端铰接形式与常用梁端刚接、刚接带加强层形式的抗震需求。主要研究工作和成果如下:(1)制作1:40的缩尺结构模型进行振动台试验,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等性能指标,探讨新型结构的抗震性能。试验结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范中允许的框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,层间延性需求差异大。(2)根据试验数据建立基于CANNY非线性有限元程序的杆系模型,对钢管混凝土柱-钢框架-核心筒结构体系进行弹塑性时程分析,对比了三种不同的连接方式:铰接连接、刚性连接和铰接带加强层对整体结构地震响应的影响。计算结果显示,数值模型有着较高的精确度和计算效率,通过对比三种连接方式下的层间位移角、惯性力、楼层剪力和倾覆力矩的差异性,发现加强层相比刚性连接能更有效减小结构的层间位移角,而刚性连接能在各楼层维持较大且稳定的外框架倾覆力矩比值。(3)从能量、基底剪力和层间位移角的角度对结构进行抗震性能分析,探讨核心筒面积比和层数对结构的影响规律。结果表明,地震总输入能主要与地震强度、结构层数相关,其滞回耗能比受地震峰值加速度和频谱影响较大。新型结构核心筒面积比应该随着层数的增加而增大,更能符合现行规范三水准设防目标的要求。(4)为研究不同连接方式对钢管混凝土框架-核心筒结构的地震易损性,设计4种楼层数(15、30、45和60层)、3种梁端连接方式(刚接、铰接、刚接带加强层)的典型结构。采用云图法获得结构概率地震需求模型,通过Pushover分析确定结构抗震性能限值,建立基于地震平均周期和结构楼层的地震易损性曲线。结果表明:有害层间位移角和层间单元延性可以有效判别3种连接方式的地震易损性差异,其中有害层间位移角判别方法相对简单。梁端铰接用于多层结构有抗震性能优势,其超越性能限值的失效概率低。通过有效的抗震措施,梁端铰接仍然适用于高层和超高层结构。
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