钢筋混凝土柱—钢梁组合构件及其框架结构的抗震性能研究

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1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊钢筋混凝土柱—钢梁组合构件及其框架结构的抗震性能研究XuemeiLiang1andGustavoJ.Parra-Montesinos2（1StructuralEngineer，S.K.GhoshAssociates，Northbrook，IL60062；2AssistantProfessor，Dept.ofCivilandEnvironmentalEngineering，Univ.ofMichigan，AnnArbor，MI48

2、109-2125）【摘要】本文研究结果是根据4个钢筋混凝土柱—钢梁（reinforcedconcretecolumn-steelbeam，简称RCS）组合构件的大位移扭转试验及RCS框架结构在复杂地面运动下的动力分析得到的。试验中的构件是按照“强柱弱梁”的概念设计的，而节点连接是根据变形控制的承载力设计方法所设计。该试验通过对一个含有多种节点模式及设计参数的6层RCS框架结构进行非弹性动力分析，研究了节点位移对RCS框架结构整体表现的影响。研究结果表明，RCS框架结构在地震作用下表现良好。试验中的构件只有

3、大约5.0%的水平位移，表现出了良好的强度、刚度及耗能能力。这种根据节点变形控制的承载力设计方法对于控制连接部位的损害是有效的，因为这样将使大部分的非弹性变形集中在梁的端部。从动力分析中可以看到，节点变形对于RCS框架结构的最大层间位移具有显著影响。在地面运动下，当考虑节点连接的活动性时，最大层间位移将增加到35%。【标识编号】10.1061/（ASCE）0733-9445（2004）130：2（310）【关键词】混合结构；连接；节点；剪切强度；抗震结构；地震响应┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊

4、┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1引言12试验方案22.1设计概念22.2试验构件描述22.3试验装置及记录仪表42.4材料特性53试验中构件性能63.1开裂形态和钢梁屈服63.2荷载—位移响应63.3梁弯矩与扭曲73.4节点变形73.5钢筋和钢组件的性能83.5.1节点箍筋83.5.2柱钢筋93.5.3钢梁腹板93.5.4钢板带103.5.5板钢筋103.6层间位移影响因素114节点性能对RCS框架结构地震响应的影响124.1六层RCS框架结构的设计与建模124.2动力分析地震波选取144.3分

5、析结果144.3.1节点变形对层间位移的影响144.3.2节点设计方法对节点变形的影响154.3.3非弹性变形分布165总结和结论17谢辞18参考文献19┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1引言由钢筋混凝土（reinforcedconcrete，简称RC）柱和钢（steel，简称S）梁组合而成的RCS混合框架结构在过去30年中，由于其在结构设计、施工速度上的高效性，已获得越来越多的关注。在美国和日本已对RCS混合框架结构连接部位的传力机制进行了广泛的研究，当然也

6、包括大量的节点构造研究，因为良好的节点能够加强连接部位的受力性能，尤其是在地震作用下的受力性能。1994年，美国土木工程师学会（ASCE）出版了关于RCS混合结构节点的设计准则（ASCE1994），该准则适用于低中度地震区。然而近年来，研究者们已将研究工作集中于RCS混合框架结构在高度地震区的节点设计。本文中的研究工作，主要在于分析RCS混合框架结构中梁、柱、板等构件的抗震性能。这些所研究的构件都是按照“强柱弱梁”的概念设计的，而节点连接是根据变形控制的承载力设计方法所设计。研究结果所依据的技术参数包括层

7、间位移、节点变形、梁的扭曲程度、节点构造等。此外，该试验通过对一个含有多种节点模式及设计参数的6层RCS框架结构进行选定地震下的非弹性动力分析，研究了节点活动性对RCS框架结构整体表现的影响。同时，本文也对RCS框架结构节点基于强度控制和变形控制这两种不同方法所设计的RCS框架结构抗震性能进行了研究。共19页第20页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2试验方案本试验在密歇根大学结构工程实验室完成，试验中对4个RCS梁—柱—板组合框架构件进行逆循环加载。下面将对试

8、验构件的设计概念、主要特征等给出一个简要的描述。2.1设计概念本试验方案包括两个中柱和两个边柱的RCS组合构件的负荷扭转试验。试验构件包括钢筋混凝土柱、贯通整个柱的型钢组合梁以及通过压型钢板固定在钢梁上的钢筋混凝土板。钢筋混凝土柱及组合梁的设计依据包括《美国混凝土结构318-99建筑规范》（ACI1999）、《美国钢结构建筑-LRFD规范》（AISC-LRFD1997）和《美国钢结构建筑抗震设计规程》（AISC1997）等。另