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高轴压比钢骨高强混凝土柱双向压弯抗震性能研究

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高轴压比钢骨高强混凝土柱双向压弯抗震性能研究

作者：蔡春杰扬州大学

学位级别：硕士

随着我国超高层建筑的快速发展,越来越多的超高层建筑采用钢骨高强混凝土柱(简称src柱)作为竖向承重构件,此构件充分结合混凝土和钢材的优势,具有良好的轴压与抗震性能。但是,国内外对src柱的研究有限,特别是在高轴压比下钢骨高强混凝... 详细信息

随着我国超高层建筑的快速发展,越来越多的超高层建筑采用钢骨高强混凝土柱(简称src柱)作为竖向承重构件,此构件充分结合混凝土和钢材的优势,具有良好的轴压与抗震性能。但是,国内外对src柱的研究有限,特别是在高轴压比下钢骨高强混凝土柱的抗震性能的影响研究不足。在实际工程中,由于风荷载、水平地震作用或者楼面布置及竖向力荷载分布不均等因素,src柱常常处于双向压弯状态。对于这种受力状态的src柱抗震性能试验研究尤其匮乏,加上由于原有加载设备能力的限制,试件截面尺寸较小,由此带来的尺寸效应以及构造上变化造成的结果差异缺乏验证。本文通过二个钢管高强混凝土柱、一个十字形钢骨高强混凝土柱以及一个普通高强混凝土柱试验,讨论了试件的破坏机理、破坏形态以及滞回性能,分析了轴压比、钢骨截面形式以及含钢率等因素对试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能性能、变形能力和刚度强度退化的影响规律,理论分析了src柱中钢管混凝土所分担的轴力。试验研究结果表明：高强混凝土柱中加入钢骨后,钢骨与混凝土能够很好的共同工作,符合平截面假定,能有效提高试件的承载力和变形能力,具有良好的抗震性能;钢骨截面类型对试件的抗震性能有一定影响;轴压比是影响钢骨混凝土柱延性的重要因素,随着轴压比的增大,试件的延性越来越差。以上结果,对了解该新型柱的抗震性能有一定的参考价值。利用有限元软件ABAQUS6.10对试件进行了非线性分析,介绍了从有限元模型几何模型到计算结果后处理的各个步骤,并对有限元分析结果与试验结果进行了比较。

关键词：高轴压比高强混凝土 src柱双向压弯抗震性能

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受火型钢混凝土柱承载力分析与简化计算

受火型钢混凝土柱承载力分析与简化计算

作者：张佳健长沙理工大学

学位级别：硕士

src结构具备延性好、承载力高、抗震性能好、施工便捷等优点,在高层建筑中应用广泛,其抗火性能的研究尤为重要。本文基于有限元法和解析法,对受火src柱的承载力计算方法进行了研究,具体内容及成果如下:1、归纳总结国内外混凝土和钢材的... 详细信息

src结构具备延性好、承载力高、抗震性能好、施工便捷等优点,在高层建筑中应用广泛,其抗火性能的研究尤为重要。本文基于有限元法和解析法,对受火src柱的承载力计算方法进行了研究,具体内容及成果如下:1、归纳总结国内外混凝土和钢材的热工性能及其火灾下、火灾后力学性能的研究现状。根据已有的试验成果,分析其材料的力学性能参数的取值,选取适合本文计算分析的相关参数。2、在相关试验得基础上,利用ANSYS分析平台,建立了 src柱的有限元模型,分析了其四面受火时的全过程温度场,得到纵筋内侧、翼缘板内侧及腹板中心三个测点的全过程温度时程曲线及截面最高温分布规律。3、基于截面温度场分布规律及混凝土台阶折算模型,结合常温下src柱承载力计算方法,针对具体算例,通过等效截面法和有限元法进行src柱高温下承载力计算。结果表明:计算RC结构的三台阶模型不再适用于src结构,需对相关参数进行调整。提出了温度为300℃～500℃、500℃～800℃时混凝土强度折减系数分别取值为0.9和0.35的建议,改进了三台阶计算模型。由于等效截面法计算较为粗糙,为满足更高的精度需求,建立了一套基于Matlab软件平台的“先对截面温度场进行Matlab曲面拟合,再将拟合的温度函数代入相应本构关系,最终确定火灾下的极限承载力”的简便的计算方法。4、鉴于用“微凸的直线形截头棱锥体”来描述混凝土强度在截面分布特点尚存在一定不足,本文提出了两种基于温度场的简化计算方法:(1)二台阶折算法。该方法的基本思路为:对截面温度场划分温度区,1区为箍筋内侧到型钢及其所包围混凝土区域,其温度取其折算温度;2区为型钢及其所包围混凝土区域,其温度取2区的最高温。(2)曲面拟合法。通过有限元后处理界面得到一定数量节点的最高温(提取节点的温度应一定程度上反应截面温度分布情况),然后对散点进行曲面拟合,得到截面最高温温度场的拟合函数。基于本文提出的两种火灾后src柱温度场简化计算方法,进一步推导了火灾后src柱轴压、偏压极限承载力简化计算公式,并给出具体算例,验证了这两种简化计算方法的适用性。

关键词： src柱火灾下火灾后承载力计算

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超高层框架—核心筒结构的抗震性能研究

超高层框架—核心筒结构的抗震性能研究

作者：汪义凡西华大学

学位级别：硕士

高层建筑不仅可以满足人们的基本物质需求,还饱含着建筑技术,艺术文化,生态科学等人类智慧的结晶,高层建筑可以反映一个国家经济发展水平、装备制造的能力和工程技术水平。随着中国经济的快速发展,越来越多的高层建筑拔地而起,越来越多... 详细信息

高层建筑不仅可以满足人们的基本物质需求,还饱含着建筑技术,艺术文化,生态科学等人类智慧的结晶,高层建筑可以反映一个国家经济发展水平、装备制造的能力和工程技术水平。随着中国经济的快速发展,越来越多的高层建筑拔地而起,越来越多的结构形式被应用到超高层建筑中,其中框架-核心筒因其具有空间布置灵活,抗侧性能好等优点,已经成为目前使用最为广泛的超高层建筑结构体系。但是随着建筑高度的攀升,结构受到地震威胁的程度变得越来越大,因此需要对超高层建筑的抗震性能进行深入地研究。首先,本文以某超高层框架-核心筒结构为例,采用PKPM和Midas Gen对比分析了结构在多遇地震作用下的各项性能指标,并采用时程分析法对结构进行了补充计算。为了深入研究结构在罕遇地震作用下的抗震性能,采用Midas Building对结构进行了动力弹塑性分析,通过结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角、底部剪力、自振周期等指标判断结构是否满足“大震不倒”的性能要求。通过研究框架梁、框架柱、剪力墙的塑性屈服状况,判断结构是否满足性能化设计的要求。其次,本文建立三个计算模型,通过对比分析各个模型的频谱特性、结构位移、框架柱的内力情况和框架柱的塑性屈服状况来研究框架-核心筒中src柱的抗震性能,研究结果表明,src柱可以增加框架柱的延性,提高结构的刚度,增强结构抵抗水平地震力作用的能力。最后,本文建立六个计算模型,通过对比分析各个模型在多遇地震作用下的的频谱特性,结构位移,结构内力情况,研究不同加强层设置方案对框架-核心筒结构抗震性能的影响。在选出较优的加强层设置方案后,对方案进行动力弹塑性分析,对比分析了带加强层的框架-核心筒结构在罕遇地震作用下的性能表现。分析结果表明,加强层的设置可以提高结构的整体刚度,改变结构的内力分配使框架承担更多的剪力和弯矩,使结构得抗震性能得到提升,但是加强层的设置容易在加强层所在位置产生薄弱层,在罕遇地震作用下会出现破坏,因此在布置加强层时,要对加强层布置位置和布置数量进行合理地选择。

关键词：框架-核心筒弹塑性分析加强层 src柱

大跨径型钢混凝土结构梁—柱节点受力数值模拟分析

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大跨径型钢混凝土结构梁—柱节点受力数值模拟分析

作者：叶茂林浙江大学

学位级别：硕士

型钢混凝土(src)结构根据型钢与钢筋混凝土各自的优缺点,扬长避短地将材料有效结合在一起,可以更好地发挥型钢、钢筋、混凝土的性能,以其强度高、刚度大、抗震性强、受力性能好等优点,被广泛应用于地震区、高层超高层建筑物和大跨径建... 详细信息

型钢混凝土(src)结构根据型钢与钢筋混凝土各自的优缺点,扬长避短地将材料有效结合在一起,可以更好地发挥型钢、钢筋、混凝土的性能,以其强度高、刚度大、抗震性强、受力性能好等优点,被广泛应用于地震区、高层超高层建筑物和大跨径建筑物中。src梁柱节点是整个框架的关键部分,又是梁与柱连接的纽带,同时也是梁与柱的内力传递枢纽。src梁-柱节点受力极其复杂,影响因素多,通常处于弯、剪和压复合应力状态。结构上部巨大荷载均需通过节点传递,研究并分析节点的受力性能,确保src节点的可靠性,也即是确保工程结构的安全性和可靠性的前提。在浙江广厦文体中心项目工程中,型钢混凝土梁跨度较大,结构复杂且最大悬挑半径达到7.2m;其钢网架最大跨度达72m,己超过现有规范相应范围,对下部型钢混凝土框架结构要求极高。本文针对浙江广厦文体中心实际工程项目中src节点实例,选出四种具有代表性节点作为研究内容：①src柱同时和四根src梁相交,②src柱与三根src梁、一根钢筋混凝土梁相交,③src柱与二根src梁、一根RC相交,④src柱与一根src梁、一根src梁相交。对四种节点受力情况进行分析,选取其受力最大情况进行计算,运用ABAQUS有限元软件对四种代表性节点采用分离式建模法建立有限元模型,并对其受力性能进行数值模拟分析。通过对四种节点型钢、钢筋和混凝土的应力及应变分布图的分析,得出广厦文体中心型钢混凝土结构此四种梁柱节点均具有较高的安全可靠性,并在原先基础上对四种节点钢筋配置和型钢截面形状进行优化探讨。

关键词：型钢混凝土结构 src梁 src柱 src梁柱组合节点数值模拟

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型钢混凝土构件受扭性能及设计计算理论研究

型钢混凝土构件受扭性能及设计计算理论研究

作者：丁双双苏州科技学院

学位级别：硕士

型钢混凝土结构的内部的型钢与外包的钢筋混凝土粘结成为整体，共同受力，使得各自的优势强度都得到充分利用。由于组合效应的存在，其受力性能也优于钢筋混凝土与型钢的简单叠加。这决定了src结构是非常理想的抗震结构，其实际应用日... 详细信息

型钢混凝土结构的内部的型钢与外包的钢筋混凝土粘结成为整体，共同受力，使得各自的优势强度都得到充分利用。由于组合效应的存在，其受力性能也优于钢筋混凝土与型钢的简单叠加。这决定了src结构是非常理想的抗震结构，其实际应用日益广泛，尤其适用于超高层和大跨度建筑结构。随着社会的发展，建筑高度越来越高、跨度越来越大、功能分区越来越多、外观越来越不规则、结构形式越来越复杂，出现了大量的受扭问题亟待解决。因此，对src构件的复合受扭性能和设计计算理论研究，可以推进和完善我国高层建筑和大跨桥梁的抗震性能，确保设计的建筑或者构筑物满足安全性、经济性、实用性。也可填补src结构设计规范中受扭设计方面的空白，推动src结构的理论发展。src构件的受扭研究是纷繁复杂，大而且广泛的。本文在试验的基础上，对src构件在低周反复荷载作用下的受扭性能和设计计算理论进行了初步研究。主要完成以下几部分工作：（1）通过对7根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土对比柱在低周反复荷载作用下的试验研究，以轴压比、扭弯比、配箍率、有无型钢、有无栓钉为参数，研究复合受扭作用下型钢混凝土柱的破坏过程和破坏机理；观测裂缝发展位置，发展角度和宽度；描述型钢、纵筋、箍筋、混凝土的应力-应变分布规律。（2）对试验结果进行理论分析，分析各参数变化对试件受扭性能的影响;以扭矩-扭率滞回性能、强度衰减、刚度退化、耗能能力为指标，系统的分析各试件的抗震性能。（3）基于叠加原理，将沙堆比拟法和变角空间桁架模型应用于src构件受扭研究分析中，推导出开裂扭矩、极限扭矩的计算公式，提出型钢混凝土复合受扭的相关方程。（4）总结本文的研究成果和需要改进的地方，并提出src构件后续研究展望。

关键词： src柱压弯剪扭低周反复受扭性能开裂扭矩极限扭矩

型钢混凝土柱复合受扭性能的非线性有限元分析

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型钢混凝土柱复合受扭性能的非线性有限元分析

作者：陈杰苏州科技学院

学位级别：硕士

型钢混凝土结构是在钢筋混凝土结构中内置了型钢的一种新型组合结构。由于这种组合效应,使得型钢混凝土结构兼具了钢筋混凝土和型钢两者的优点。相对于钢筋混凝土,它在相同承载力情况下使得构件截面更小;相对于型钢,它的刚度大,稳定性好... 详细信息

型钢混凝土结构是在钢筋混凝土结构中内置了型钢的一种新型组合结构。由于这种组合效应,使得型钢混凝土结构兼具了钢筋混凝土和型钢两者的优点。相对于钢筋混凝土,它在相同承载力情况下使得构件截面更小;相对于型钢,它的刚度大,稳定性好,抗火性能有了很大提高。社会的发展使得人们对于建筑的外形和功能的要求越来越高,高度和跨度的增加、外观的多样性、结构的复杂性都使得受扭问题在工程中日益突显,急需我们去解决。考虑到型钢混凝土结构的种种优势,因此对src构件的复合受扭的理论研究变得极为迫切,它将可以推进和完善我国高层建筑和大跨桥梁的发展,确保设计的建筑或者构筑物满足安全性、经济性、实用性。同时也填补了src结构设计规范中复合受扭设计方面的空白,推动src结构的理论发展。src构件的受扭研究比较复杂且研究内容广泛。本文在已完成的试验的基础上,运用ABAQUS对src构件在单调荷载作用下的复合受扭性能和设计计算理论进行了初步研究。主要完成以下的工作：1.运用有限元软件ABAQUS对五组型钢混凝土柱建立有限元模型,观察模型在复合受扭作用下破坏过程并与试验现象作对比,提取扭率-扭矩曲线与试验曲线比较,分析模拟的可行性。2.分析轴压比、扭弯比、剪跨比、混凝土强度等级、配箍率、纵筋直径、柱截面大小、配钢率、配钢形式九个试验参数对型钢混凝土构件受扭破坏及其延性的影响。3.根据试验研究及理论分析,提出型钢混凝土复合受扭构件的开裂扭矩和峰值扭矩的计算公式,并结合试验数据提出相应的折减系数。

关键词： src柱复合受扭数值模拟开裂扭矩峰值扭矩

型钢混凝土复合受扭构件抗震性能试验和承载力计算研究

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型钢混凝土复合受扭构件抗震性能试验和承载力计算研究

作者：袁军海苏州科技大学

学位级别：硕士

在土木工程结构中,构件受扭情况不少,但是处于单一扭矩作用的情况很少,大多数处于复合受扭状态。因此,随着型钢混凝土（src）结构研究的不断深入和工程应用的不断增多,对其抗震要求越来越高,探究src复合受扭构件在地震作用下的损伤演化... 详细信息

在土木工程结构中,构件受扭情况不少,但是处于单一扭矩作用的情况很少,大多数处于复合受扭状态。因此,随着型钢混凝土（src）结构研究的不断深入和工程应用的不断增多,对其抗震要求越来越高,探究src复合受扭构件在地震作用下的损伤演化规律、破坏过程和其他力学行为显得尤为重要。建立型钢混凝土压弯剪扭构件的受扭承载力计算公式,对保障结构的安全性意义重大。为分析src复合受扭柱的抗震性能,本文开展了18根src柱和2根RC柱的低周反复荷载试验研究,考虑了柱截面的配钢形式、轴压比、扭弯比、混凝土强度、配箍率、配钢率、是否焊接栓钉等变化参数。研究了试件的受力全过程和最终破坏形态,以及各设计参数变化对src柱试件抗震性能的影响。根据试验数据得出:与配H型钢试件相比,配十字型钢试件具有更好的抗震能力,并且对累积损伤有很大减缓;提高轴压比可稍微提高峰值承载力,延性略有降低,对累积损伤程度影响较小;提高扭弯比可以提高试件的峰值承载力和延性,但累积损伤程度也随之增大;混凝土强度提高对试件峰值承载力提升有限,同时内部累积损伤降低幅度较小;提高配箍率能较大提高配H型钢试件的峰值承载力,耗能和延性变好,刚度退化和累积损伤程度改善明显;配钢率增大能有效提高试件的抗震能力,试件的刚度退化缓慢,试件的累积损伤稍微得到降低;试件通过配置栓钉和焊接箍筋方式,峰值承载力得到提高,延性略有降低,试件刚度退化未改善,累积损伤能得到缓解。同时,在试验分析和钢筋混凝土复合受扭开裂扭矩公式推导的基础之上,建立了型钢混凝土复合受扭构件的开裂扭矩计算公式;采用叠加原理将构件分为型钢受力部分和钢筋混凝土受力部分,对轴力、弯矩、剪力和扭矩进行合理分配,借助变角空间桁架模型提出了型钢混凝土压弯剪扭构件的极限扭矩计算方法。

关键词： src柱复合受扭抗震性能累积损伤受扭承载力

钢梁与包覆RC箱型钢柱之梁柱接头耐震性能研究

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建筑钢结构进展 2005年第5期7卷 33-49页

作者：翁正强王晖舜台湾交通大学土木工程系

本研究进行两组“大尺寸梁柱接头”之反复载重试验,以探讨其力学行为与耐震性能。本研究之试体采用钢梁与“受钢筋混凝土包覆之箱型钢柱(简称包覆箱型钢柱或src柱)”接合之梁柱接头。此种钢梁与src柱接合之构造的主要特点,在于利用src... 详细信息

本研究进行两组“大尺寸梁柱接头”之反复载重试验,以探讨其力学行为与耐震性能。本研究之试体采用钢梁与“受钢筋混凝土包覆之箱型钢柱(简称包覆箱型钢柱或src柱)”接合之梁柱接头。此种钢梁与src柱接合之构造的主要特点,在于利用src柱之劲度、防火与抗压强度方面的长处,又可以发挥钢梁在韧性与施工便捷方面之优点。本研究之试体均符合“强柱弱梁”之原则且梁柱接头区之标称剪力强度均大于该区之需求剪力强度,试体之断面配置均符合台湾src设计规范之要求。本研究探讨之重点包含:(1)此种新型梁柱接头之钢梁塑性铰的发展情形,(2)梁柱接头区混凝土之开裂状况,(3)配置剪力钉对梁柱接头韧性之影响。实验结果显示,由于src柱内之箱型钢管断面在X与Y向各有两片腹板,故可以提供梁柱接头区充分的剪力强度,并可抑制接头区的剪力变形,使接头区之混凝土保持良好状态,并无明显开裂之情形,进而确保插入src柱的钢梁受到接头区之钢筋混凝土有效的束制,使得钢梁的塑性铰可以远离焊道,最终在src柱之混凝土面外约15cm处发展出稳定且充分的塑性变形。换言之,src柱接头区的钢筋混凝土具有保护钢骨梁柱接头焊道的功能,该区的钢筋混凝土成功的将钢梁的塑性铰逼离焊道,使钢梁在src柱混凝土面外形成良好的塑性铰。本研究之梁柱接头试体在反复载重作用下,可以发展出稳定且饱满的迟滞循环(Hysteretic Loop)。两组接头试体之钢梁塑性转角(Plastic Rotation Angle)达到5.4%和6.0%rad,梁柱接头之层间变位角(InterstoryDrift Angle)达到6.2%与6.7%rad,显示此两组梁柱接头均具有优良的塑性变形能力,超过AISC SeismicProvisions(2002)所订4%rad层间变位角之要求。本研究依据有限的试验结果初步证实,在适当设计下,此种型式的梁柱接头将可以发挥良好的耐震性能。

关键词：钢梁包覆箱型钢柱 src柱梁柱接头反复载重试验钢梁塑性铰层间变位角剪力钉接头区剪力强度接头区混凝土束制耐震性能

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浅谈中民大厦结构设计

广西工学院学报 2001年第3期12卷 82-85页

作者：林利城深圳市宝安建筑设计院广东深圳518101

本文简单地介绍了中民大厦结构布置及整体计算，对无粘结预应力板、梁非预应力钢筋的设计进行了探讨，提出了由于预应力筋及非预应力筋混凝土保护层厚度不同，在设计施工中所采取的措施。

关键词：筒体 src柱无粘结预应力结构非预应力钢筋保护层中民大厦结构设计施工