钢管混凝土框架荷载位移曲线实用计算方法研究

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1、2007全国轻型钢结构技术研讨会论文集钢管混凝土框架荷载一位移曲线实用计算方法研究王文达韩林海(清华大学土木工程系北京100084)摘要：在对钢管混凝土柱一钢梁框架荷载一位移曲线特征分析的基础上，提出了计算其荷载一位移全过程曲线的简化二阶分析方法。通过建立基于塑性铰理论的梁柱单元方程，对钢管混凝土柱构件采用双分量模型来描述其弯矩一曲率模型，采用变刚度法分别进行了钢管混凝土框架的二阶弹性分析、二阶弹性一塑性铰分析及二阶刚性一塑性分析，最终得到了其简化的全过程二阶分析方法。该方法可方便快捷地确定钢管混凝土框架

2、的荷载与变形之间的关系及曲线上的各控制点指标，简化方法得到的荷载～位移曲线与本课题组近期完成的钢管混凝土柱一钢梁平面框架的实验结果及非线性有限元计算结果总体上吻合较好，在此基础上，探讨了单层钢管混凝土框架的荷载一位移曲线实用计算方法。关键词：钢管混凝土柱；钢梁；框架；力学性能；二阶分析；简化方法Researchonpracticalcalculationmethodofloadversusdisplacementcurvesofconcretefilledsteeltubularf

3、ameWANGWend

4、aHANLinhai(DepartmentofCiyiIEngineeriflg，TbinghuaUniVersity，Beijing100084，China)Abstract：Thesimplifiedsecond—orderanalysisont11emechallicsbehaviorofthecompositeframewhichcomposedofconcretefilledsteeltubular(CFST)columnandHshapesteelbeamundersustainingaxia

5、lloadandlateralloadsiscompletedbasedonthepropertyoflateralIoadversuslateraldisplacementofCFSTcompositeframes．111ebe锄一colu砌elementequationswerebasedonplastictlingemeorya11ddoublevariablesmomenttocurvaturemodelofCFSTcolumnsandv撕ationalstiffnessmodel．Theseco

6、nd—Orderelasticanalysis，second—orderelasticplastic—hingeanalysisandsecond—Orderrigid—plasticanalysiswereperfo丌11edrespectivelyITheloadversusdefo肿ationcur、，esofCFSTfr锄ewereobtainedbythemethodconvenient】vandquicklV．Theresultsaremuchcoincidedwiththetestedres

7、ultsandFEMresultsfromtheauthorresearchergroup．onthebaseof山is，mepracticeloadversusdisplacementcurvemodelofCFSTfraIIleswas画ven．Keywords：concretefil】eds抡eltubularcoJumn；steelbeam；fmme；mechanicsperfomlance；second—orderanalysis；simpljfiedmethod钢管混凝土结构由于具有承载力高、

8、塑性韧性好、耐火性能较好、施工速度快、综合效益好等工程特点而在高层超高层建筑和多高层住宅中的应用越来越普遍。钢管混凝土柱一钢梁框架是钢管混凝土结构中最常用的结构形式之一，以往对钢管混凝土构件的研究较多，而对钢管混凝土柱．钢梁组成的框架体系整体性能的研究并不多。钢管混凝土柱一钢梁框架试验研究主要集中在低周往复试验研究，而对钢管混凝土框架力学性能的理论分析相对较少，如张文福(2000)⋯、丁阳等(2004)【21、王铁成等(2005)【31、聂建国等(2005)[41、孙修礼(2006)【51、王文达(200

9、6)【01等。钢管混凝土框架结构的理论分析需要进行非线性分析，精确意义上的分析一般为考虑几何非线性和材料非线性的二阶弹塑性分析方法(Chen等，1994【7】)。王文达(2006)吲分别采用基于非线性纤维梁一柱理论和塑性变形理论的三维单元模型，对钢管混凝土柱．钢梁框架进行了荷载．变形全过程分析，理论计算结果得到了试验的验证。但这两种考虑分布塑性的二阶弹塑性分析方法都很缓慢费时。当不需要精确求解时，采用按近似考虑二阶效应的简化方