多层钢—混凝土组合框架结构抗震性能三维精细有限元分析

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1、万方数据5．1主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1065．2需进一步研究的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．107攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．112致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113VII万方数据硕士学位论文l绪论1绪论1．1选题的背景随着社会的不断发展，对各种能够满足超高、大跨以及其他特殊要求的结构形式提出了更高的要求。钢．混凝土组合结构凭借着充分利用了钢材和混凝土各自的材料性能，发挥了各种材料和构件的优势，逐步

2、得到了广泛的应用和发展。钢．混凝土组合结构按照其组合方式可以分为：钢管混凝土结构、钢一混凝土组合梁、外包钢组合结构和劲性钢筋混凝土结构四种。这种结构形式具备承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、构件截面尺寸小，施工快速方便等优点。随着建筑材料、设计理论和设计方法的发展，组合结构的发展也从构件的层次向结构体系的层次发展。在高层和超高层领域，钢一混凝土组合结构体系也开始大量的得到应用，组合结构同时具有施工速度快、结构刚度大以及建设成本低的优点，在更多的情况下更符合我国关于建设高层和超高层建筑的基本国情f1．5】。地震是近些年来我国不可忽略的一个重要威胁，地震所带来的惨痛

3、教训如今依旧历历在目。我国是一个多地震国家，地震对我国人民的生命财产安全是一个非常大的潜在威胁。根据官方统计，2008年5月12日发生的汶川大地震中，有超过6．7万人遇难，430多万问房屋以及150亿的基础设施破坏受损，工业损失超2000亿，还有其他更多的损失和破坏。现如今，更多的高层和超高层建筑如上海金茂大厦、广州珠江新城西塔、大连国贸中心等全部或部分采用钢．混凝土组合结构形式，组合结构的广泛应用同时也给我们带来了一个严峻的课题，即钢．混凝土组合结构抗震性能的研究。1．1．1钢管混凝土钢管混凝土(ConcreteFilledSteelTube，简写CFST)是由钢材

4、和混凝土两种材料通过在钢管中灌入混凝土的形式组合形成的构件。这种构件通过钢管对混凝土的套箍作用使两者在受力过程中相互作用，发挥出两种材料的优势性能。与普通的钢构件和钢混构件相比，钢管混凝土的主要特点有：(1)抗压承载力高㈣卅钢管混凝土通过钢管和混凝土在受力过程中相互弥补缺点，充分发挥长处，从而使两种材料的组合后的承载力大大的超过两种单一材料承载力之和，体现出钢管混凝土这种组合构件抗压承载力高的优势。在实际的工程中，钢管混凝土主要应用于桥墩及建筑物承压柱等承担竖向荷载的构件中。它可以在满足承载力要求的前提下减小柱子截面面积，减轻结构自重，减少基础造价，扩大建筑物的使用空

5、间，提高结构的抗震性能。(2)塑性和韧性好【l，2，4】万方数据硕士学位论文1绪论混凝土的破坏基本上都属于是脆性破坏，特别是对于高强混凝土。钢管混凝土是将混凝土灌入钢管中，在受力的情况下钢管对核心混凝土的约束作用，使混凝土处于三轴受压状态，在破坏时能够具有较大的塑性变形。此外，在承受冲击荷载或是振动荷载时，钢管混凝土也具有很大的韧性。钢管混凝土的这种良好的塑性和韧性，也是其能够具有良好的抗震性能。(3)经济效益好㈨’4】与普通的钢筋混凝土承压构件相比，钢管混凝土承压构件由于自身承载力高的特点，可以减轻结构自重50％，减少混凝土用量50％左右，与钢结构相比，可以减少50

6、％钢材用量。同时由于施工中模板使用少，施工焊接简单等因素，工程造价也可降低45％左右。(4)施工方便[1'2，4】与钢筋混凝土相比，钢管混凝土构件少去了绑扎钢筋，支模板和拆模板等工序，施工方便，同时，混凝土的浇筑也更为方便，特别是采用自密实混凝土等先进的工艺，使得混凝土的浇筑质量得到很大的提高。与钢结构相比，钢管混凝土构件的焊缝更少，更容易制作。同时空钢管在自重小，在材料的运输和吊装方面也会更加便捷。(5)抗火性能较好【l'2，4】钢管内填有的混凝土可以吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，使这种结构具有良好的抗火性能，同时

7、，在火灾后，随着温度的降低，钢管混凝土的力学性能得以恢复，这样就降低了灾后修复费用。钢管混凝土按截面形式的不同，可以分为圆形钢管混凝土、矩形钢管混凝土、方形钢管混凝土和多边形钢管混凝土，如图1—1所示。1．1．2钢．混凝土组合梁钢一混凝土组合梁是一种通过抗剪连接件将混凝土板与钢梁组合成整体共同工作的一个组合构件，它能够充分地发挥钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度的优势，使钢梁与混凝土板组合的整体的工作性能大于两者性能之和。钢．混凝土组合梁凭借其自身的优势广泛地应用于大跨度桥梁结构、承受重载的吊车梁和平台梁以及对结构空间和自重有较高要求的民用建筑组合楼板