組合深梁抗震性能試驗與計算理論研究.pdf

1、鋼－混凝土組合深梁作為一種水平抗側(cè)力構(gòu)件，是由鋼板和混凝土板通過高強螺栓摩擦型連接而成的，其在框架結(jié)構(gòu)中的位置與剪力墻相同。通過改變深梁跨高比，得到不同的抗側(cè)移剛度，滿足各種剛度要求，實現(xiàn)了寬范圍的剛度漸變調(diào)幅。通過采用不同強度等級的鋼材和混凝土，可以獲得不同的承載力、延性和耗能能力。外側(cè)預(yù)制鋼筋混凝土板替代了鋼板的加勁肋，可以有效阻止鋼板屈曲，從而可以不需設(shè)置復(fù)雜的加勁肋進而充分發(fā)揮鋼板的材料性能；鋼筋混凝土板可以在工廠預(yù)制，現(xiàn)場通過

2、高強螺栓摩擦型與鋼板連接。組合深梁在水平地震作用下的橫向荷載由鋼板承擔，混凝土板不承擔水平地震作用而作為鋼板的平面外支撐，在正常使用階段混凝土板對鋼板起到防火保護的作用。鋼－混凝土組合深梁布置靈活，便于過道和門窗的布置，既可用于新建結(jié)構(gòu)，又可用于結(jié)構(gòu)加固，具有理論研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文基于深梁在國內(nèi)外的研究進展和現(xiàn)狀，闡明鋼－混凝土組合深梁作為內(nèi)填構(gòu)件的發(fā)展、基本構(gòu)成以及工作機理。通過擬靜力往復(fù)加載的試驗方法，分別對

3、2組跨高比分別為2.0和1.0的鋼板-混凝土組合深梁以及該深梁內(nèi)填于鋼框架中進行試驗研究。通過分析各構(gòu)件的滯回曲線、骨架曲線、應(yīng)力分布規(guī)律、變形特征、延性系數(shù)以及能量耗散系數(shù)等，研究不同高寬比的組合深梁滯回性能。
　　基于有限元分析軟件Ansys的接觸算法，綜合考慮初始缺陷、剛度退化等多種非線性因素對實際深梁的影響，對組合深梁試驗?zāi)Ｐ瓦M行了低周往復(fù)荷載作用下的計算機有限元模擬，并將計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進行比對。結(jié)果表明，非線性有限元

4、分析軟件Ansys能夠較真實地反映結(jié)構(gòu)的擬靜力滯回性能，結(jié)果真實可靠。對組合深梁結(jié)構(gòu)通過有限元模擬的方法進行了系列參數(shù)擴展分析，分別模擬不同參數(shù)下的鋼板、混凝土板跨高比變化，高厚比變化，鋼板、混凝土材料變化、鋼板和混凝土板間螺栓連接形式以及組合深梁布置方式，得出多參數(shù)對組合深梁滯回性能的影響。
　　在擬靜力加載試驗所得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對5組深梁試驗構(gòu)件的骨架曲線和每一級往復(fù)荷載作用下的剛度進行擬合，結(jié)果表明：采用剛度退化的三折線模型

5、能夠較完善表達組合深梁結(jié)構(gòu)的非線性行為，可以通過試驗及理論計算數(shù)據(jù)擬合出組合深梁的恢復(fù)力模型骨架曲線和剛度退化規(guī)律，便于在實際工程中運用組合深梁，并為彈塑性分析奠定基礎(chǔ)。
　　在組合板簡化計算條帶模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出組合深梁結(jié)構(gòu)填充鋼框架的三種簡化計算模型計算公式及其初始剛度?；诮M合深梁低周反復(fù)荷載試驗數(shù)據(jù)，對三種模型進行Ansys有限元計算分析，結(jié)果表明：三種簡化計算模型具有明確物理意義，能夠反應(yīng)組合深梁實際情況且易于計算，但

6、各有側(cè)重。等效支撐簡化模型可以較為準確地模擬組合深梁的初始剛度以及屈服，人字型支撐簡化計算模型可以較好模擬組合深梁非線性行為。
　　基于三維結(jié)構(gòu)非線性分析軟件Abaqus，通過在實際工程中運用組合深梁結(jié)構(gòu)，對實際超限高層結(jié)構(gòu)項目進行罕遇地震作用下的動力彈塑性分析。得到結(jié)構(gòu)基底剪力響應(yīng)、頂點及層間側(cè)移響應(yīng)、結(jié)構(gòu)核心筒的損傷過程等。結(jié)果表明：組合深梁結(jié)構(gòu)通過發(fā)揮其剛度調(diào)幅作用，能夠改善結(jié)構(gòu)的抗側(cè)性能，調(diào)整框架-核心筒結(jié)構(gòu)的外周框架的地