高烈度区型钢混凝土框架—钢筋混凝土筒体混合结构体系抗震性能研究

论文摘要

型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构已越来越广泛的开始在我国高烈度区应用于高层和超高层建筑,具有良好的抗震性能。本文针对高烈度区型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构合理参数化模型建立、型钢混凝土框架构件滞回模型和核心筒分析模型确定、混合结构破坏模式、子结构协同变形和协同受力规律、混合结构设计控制指标和简化方法等问题进行了研究。（1）根据现有型钢混凝土构件研究成果,从理论上给出了型钢混凝土压弯构件N-M相关曲线、Mx-My相关曲线的形成方法,提出了型钢混凝土构件M-φ曲线的确定及转化为塑性铰M-φ曲线的原则,为型钢混凝土结构构件非线性分析提供了数据,同时作为型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构非线性分析的基础。并对混合结构中钢梁-型钢混凝土柱这种类型的组合框架“强柱弱梁”问题进行了研究,为组合框架“强柱弱梁”破坏机制的实现提出了建议。（2）采用有限元程序ADINA,考虑了核心筒墙体高宽比、混凝土等级、轴压比、配筋率和边缘约束程度等因素的影响,对混合结构主要抗侧力构件——核心筒墙体的延性进行了分析,并对型钢混凝土剪力墙的延性进行了研究。最后,根据高宽比较大剪力墙的受力和变形特点,结合有限元程序SAP2000,对用于混合结构剪力墙模拟的多垂直杆宏观模型进行了确定。（3）采用静力非线性分析方法,对型钢混凝土框架-钢筋凝土筒体混合结构在不同结构刚度特征值λ和核心筒高宽比H/b时的各种破坏模式特征以及对应不同模式的抗震能力进行了讨论,并分析了结构变形规律及其随地震作用增大的变化特点。在此基础上,对混合结构破坏模式、核心筒高宽比H/b和结构刚度特征值λ取值以及结构设计宏观位移控制指标等提出了建议。（4）对型钢混凝土框架-钢筋凝土筒体混合结构的协同受力性能进行分析,包括混合结构的剪力分配、倾覆力矩分配、剪力墙和框架柱的内力状态和截面设计等方面的问题。根据结构和构件的受力情况研究,对框架剪力分担率、构件轴压比等设计控制指标提出了建议。（5）根据型钢混凝土框架试验数据,确定了型钢混凝土框架刚度退化模型,并结合钢筋混凝土剪力墙和钢筋混凝土框架的刚度变形规律,提出了框架-核心筒双重结构体系可用基于刚度退化的反应谱方法进行三阶段抗震设计。给出了该方法的实现步骤,并通过算例验证了该方法的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 国内外混合结构应用现状
• 1.2.2 混合结构试验研究现状
• 1.2.3 弹塑性分析方法在混合结构中的应用现状
• 1.3 课题的提出
• 1.3.1 高烈度区混合结构体系的选择
• 1.3.2 SRC框架-钢筋混凝土筒体混合结构有待研究的问题
• 1.4 本文研究内容和研究路线
• 1.5 本章小结
• 参考文献
• 第2章 型钢混凝土框架pushover分析
• 2.1 引言
• 2.2 SRC构件塑性铰属性的确定
• 2.2.1 SRC构件塑性铰本构关系
• 2.2.2 SRC压弯构件N-Mx-My相关曲面（交互面）
• 2.2.3 SRC压弯构件PMM铰M-φ关系曲线和塑性铰长度
• 2.2.4 本文计算中其他铰属性的确定
• 2.3 SRC框架算例Pushover分析
• 2.3.1 SRC框架算例模型
• 2.3.2 SRC框架模型荷载-位移曲线
• 2.3.3 SRC框架模型破坏形态
• 2.3.4 "刚度等效"的混凝土构件或钢构件Pushover分析结果对比
• 2.4 混合结构中组合框架的"强柱弱梁"问题
• 2.4.1 抗震规范对于两种框架"强柱弱梁"的控制不协调
• 2.4.2 钢梁与SRC柱在抗震特性上存在一定差异
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第3章 核心筒剪力墙延性分析与宏观模型确定
• 3.1 引言
• 3.1.1 普通混凝土剪力墙延性
• 3.1.2 型钢混凝土剪力墙延性研究
• 3.1.3 在高层结构分析时的模型选用问题
• 3.2 非线性有限元模型及可靠性验证
• 3.2.1 凝土材料模型
• 3.2.2 钢筋模型
• 3.2.3 本章有限元计算中参数约定
• 3.2.4 有限元算例
• 3.3 普通剪力墙有限元分析结果及分析
• 3.3.1 剪力墙破坏形态
• 3.3.2 轴压比对剪力墙的影响
• 3.3.3 凝土强度的影响
• 3.3.4 配筋率的影响
• 3.3.5 边缘约束程度的影响
• 3.4 SRC剪力墙有限元计算结果及分析
• 3.5 混合结构中剪力墙非线性分析简化计算模型
• 3.5.1 剪力墙分析常用的宏观模型
• 3.5.2 高层混合结构核心筒非线性分析的模型选取
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第4章 SRC框架-RC筒体混合结构破坏模式和协同位移研究
• 4.1 引言
• 4.2 静力非线性分析分析方法
• 4.2.1 结构能力曲线的确定
• 4.2.2 结构抗震能力的评估
• 4.2.3 能力谱法确定"性能点"
• 4.2.4 本文性能点确定的参数
• 4.3 混合结构静力非线性分析模型的建立
• 4.3.1 混合结构主要分析参数
• 4.3.2 结构计算模型
• 4.4 结构破坏规律
• 4.4.1 混合结构计算模型破坏模式
• 4.4.2 不同破坏模式的基底剪力-顶点位移曲线
• 4.4.3 核心筒高宽比和结构刚度特征值λ对结构破坏模式的影响
• 4.4.4 "梁铰"机制对结构抗震能力的影响
• 4.5 混合结构模型的变形特征
• 4.5.1 混合结构侧向位移的特征
• 4.5.2 混合结构位移控制
• 4.5.3 混合结构模型位移计算情况统计
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第5章 SRC框架-RC筒体混合结构协同受力性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 混合结构的剪力分配
• 5.2.1 框架和核心筒剪力分布特征及随地震作用的变化
• 5.2.2 混合结构水平剪力重分配和SRC框架层剪力分担率
• 5.2.3 混合结构模型剪力计算情况统计
• 5.2.4 框架剪力分担率情况统计
• 5.3 混合结构的倾覆力矩分配
• 5.3.1 框架和核心筒倾覆力矩分布特征以及随地震作用的变化
• 5.3.2 混合结构模型倾覆力矩计算情况统计
• 5.4 混合结构竖向构件受力状态及截面设计
• 5.4.1 核心筒底层墙体的受力状态及截面设计
• 5.4.2 外框架柱的受力状态及截面设计
• 5.4.3 混合结构框架相对强弱的表征及剪力控制
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第6章 混合结构基于刚度退化的反应谱设计方法研究
• 6.1 引言
• 6.2 刚度退化模型的确定
• 6.2.1 型钢混凝土框架刚度退化模型
• 6.2.2 钢筋混凝土框架刚度退化模型
• 6.2.3 钢筋混凝土剪力墙刚度退化模型
• 6.3 混合结构基于刚度退化反应谱计算方法的实现
• 6.3.1 刚度退化模型在混合结构中应用的特点
• 6.3.2 三个阶段框架-核心筒结构层间位移角限值确定
• 6.3.3 基于刚度退化的弹性反应谱设计方法的实现
• 6.4 算例
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第7章 结论及展望
• 7.1 本文主要结论及建议
• 7.1.1 SRC框架静力非线性分析
• 7.1.2 核心筒剪力墙、型钢混凝土剪力墙延性分析及宏模型确定
• 7.1.3 SRC框架-钢筋混凝土核心筒的破坏规律和变形特征
• 7.1.4 SRC框架-钢筋混凝土核心筒协同受力的特征和规律
• 7.1.5 混合结构基于刚度退化的反应谱设计方法研究
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文