異形鋼管混凝土中框架靜力彈塑性分析

1、56低溫建筑技術(shù)2015年第12期(總第210期)DOI：1013905／jenkidwjz201512021異形鋼管混凝土中框架靜力彈塑性分析張莉，伍凱，張賀，于毅，王銳(1蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校建筑工程系，江蘇蘇州9151042河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，南京210098)【摘要】在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用異形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，可以增加房間使用面積，方便裝修，達(dá)到美化室內(nèi)環(huán)境的效果。為研究異形鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的性能，對(duì)中框架進(jìn)行了靜力彈

2、塑性(Pushover)分析。主要研究了柱肢寬厚比、梁柱屈服彎矩比等因素對(duì)框架性能的影響。分析了Pushover曲線、剛度、延性以及破壞機(jī)制。分析結(jié)果表明，異形鋼管混凝土框架承載力高、彈塑性層問(wèn)變形能力強(qiáng)，延性良好，具備較好的抗震性能。提高柱肢寬厚比或梁柱屈服彎矩比，可顯著提高框架的水平承載力；增大柱肢寬厚比，可增大框架的剛度，而梁柱屈服彎矩比對(duì)剛度影響較小。增大柱肢寬厚比，框架的延性增大；隨著梁柱屈服彎矩比的變化，位移延性系數(shù)呈現(xiàn)先升

3、后降的變化趨勢(shì)，當(dāng)梁柱屈服彎矩比為06時(shí)，框架具備較佳的屈服后變形能力?！娟P(guān)鍵詞】鋼管混凝土；異形柱框架；Pushover分析；承載力；延性【中圖分類(lèi)號(hào)】TU3754【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2015)12—0056—03鋼管混凝土柱是在鋼管中填充混凝土而形成、且鋼管及其核心混凝土能共同承受外荷載作用的構(gòu)件。鋼管混凝土柱利用鋼管與混凝土在受力過(guò)程中的組合作用，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。鋼管的約束作用不僅有效地提高了混

4、凝土的強(qiáng)度，而且改善了混凝土的塑性和韌性，內(nèi)填混凝土則有效避免或延緩了鋼管的局部屈曲，從而具備承載力高、抗震性能好、施工方便等諸多優(yōu)越性。隨著社會(huì)的發(fā)展和居民生活水平的逐步提高，人們普遍希望框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部平整光滑、整齊美觀，達(dá)到大開(kāi)問(wèn)、大凈空的要求。為了滿足承載力和美觀性的雙重要求，形成了異形鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)思想，通常角柱采用L形截面、邊柱采用T形截面、中柱采用十字形截面。異形鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)已運(yùn)用到實(shí)際工程中，如廣州明匯商業(yè)大廈的設(shè)計(jì)

5、中就采用了帶約束拉桿的異形鋼管混凝土柱。歐美、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，主要研究了方鋼管、圓鋼管及矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能，而對(duì)異形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究主要集中在國(guó)內(nèi)。同濟(jì)大學(xué)、華南理工大學(xué)、天津大學(xué)分別對(duì)異形鋼管混凝土柱進(jìn)行了研究。本文采用大型通用有限元分析軟件sap2000，建立異形鋼管混凝土中框架的模型，研究柱肢寬厚比、梁柱屈服彎矩比等因素對(duì)其抗震性能的影響。1計(jì)算模型建立了9榀2跨3層的異形鋼管混凝土中框架縮尺模型，用于研究異形鋼

6、管混凝土中框架在8度罕遇地震作用下的反應(yīng)。模型跨度24m，底層層高16m，2、3層層高12m?？蚣苤捎娩摴芑炷林呏鶠門(mén)形，中柱為十字形?？蚣芰翰捎娩摿海簩捙c柱肢厚度相同。圖1給出了中框架模型的立面圖。邊柱、中柱軸壓比n分別為02和04，n=N／(LA十A。)。N為柱頂施加的軸壓力；A為混凝土截面面積；A為鋼管的截面面積為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度為鋼管的抗壓強(qiáng)度。JGJ149—2006(混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中將異形柱定義為寬厚

7、比h／b不大于4的異形截面柱。為研究不同柱肢寬厚比對(duì)異形鋼管混凝土中框架靜力彈塑性性能的影響，分別采用h／b=25、30、35的柱截面進(jìn)行分析。圖1異彤鋼臂摁凝土中框架模型為保證結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制為延性較好的“梁鉸”機(jī)制，GB50010—2010(建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》通過(guò)柱端彎矩增大系數(shù)來(lái)提高柱子的抗彎承載力。框架梁柱屈服彎矩比是一個(gè)能夠反映梁柱節(jié)點(diǎn)處彈塑性發(fā)展以及塑性鉸出現(xiàn)順序的重要參數(shù)。在保證其他參數(shù)不變的前提下，通過(guò)改變鋼梁尺寸調(diào)整梁柱