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钢管混凝土(Concrete Filledsteel Tube,CFT)框架-RC核心筒结构结合了CFT框架和RC核心筒结构的优点,具有良好的抗震性能与经济效益。随着高层结构的发展被愈加广泛的应用到实际工程中。目前对于CFT框架-RC核心筒结构的抗震性能的研究还有所欠缺,同时我国规范中对于框架-核心筒结构体系中框架剪力分担比的要求和剪力调整的方法存在一定争议。因此本文以框架剪力分担比为关键参数,分别调整框架强度、框架刚度和梁柱节点建立了共4个结构模型,研究了框架剪力分担比对CFT框架-RC核心筒结构抗震性能的影响,并根据结果对结构抗震设计提出建议。主要研究内容如下:
①在SATWE中设计建立了4个CFT框架-RC核心筒结构模型作为本文的研究对象。基本模型除剪力分担比外满足规范要求,其余模型分别通过调整框架强度、框架刚度使结构分别满足规范中框架剪力分担比对于框架抗侧承载力和抗侧刚度的要求,通过梁柱铰接使结构变为单重抗侧力体系。为了考虑结构的综合性能,研究了通过不同方式调整剪力分担比对结构经济效益的影响。研究发现,通过增加框架刚度满足规范框架剪力分担比要求的结构经济效益最差。
②分别采用基于纤维模型的梁单元和基于分层壳模型的壳单元对CFT框架和RC核心筒进行模拟,在MSC.MARC中建立了4个结构的有限元分析模型,并对模型有效性进行了验证,为后续结构抗震性能分析奠定了基础。采用倒三角分布侧向加载模式,对4个结构模型进行了静力弹塑性分析。根据分析结果,探究了结构的塑性发展规律,研究了剪力分担比对结构框架与核心筒基底剪力在侧向荷载作用下的变化机理的影响。研究发现,不同剪力分担比结构的基底剪力差异主要来自框架,与框架刚度正相关,核心筒底部剪力基本相同。
③采用4条典型地震波对结构在小、中、大震三个抗震设防水准下进行了动力时程分析。探究了框架剪力分担比对结构顶点位移变化规律的影响,对比分析了不同框架剪力分担比的结构在三个抗震设防水准下的最大层间位移角和塑性损伤状态,研究了结构中框架和核心筒的基底剪力在地震作用下受框架剪力分担比的影响。研究发现,结构的非线性响应受地震特性影响显著,竖向承重构件变截面附近楼层和结构底部的核心筒塑性损伤最为严重。
④选取了10条地震波对结构进行了基于增量动力分析的地震易损性分析。分别以谱加速度和最大层间位移角作为地震强度指标和结构损伤指标绘制了IDA曲线簇,确定了CFT框架-RC核心筒结构的5个性能水平及其量化指标,通过抗倒塌储备系数分析了通过不同方式调整框架剪力分担比对结构抗倒塌安全储备的影响,根据对结构抗震性能的综合评估对CFT框架-RC核心筒结构提出了抗震设计建议。研究表明,采用梁柱铰接的单重抗侧力结构体系“硬化”现象较弱且抗倒塌安全储备较低;仅通过增加框架梁强度使框架抗侧承载力满足规范要求反而会使结构抗倒塌安全储备降低;增加框架刚度可以在一定程度上提高结构抗倒塌安全储备。
①在SATWE中设计建立了4个CFT框架-RC核心筒结构模型作为本文的研究对象。基本模型除剪力分担比外满足规范要求,其余模型分别通过调整框架强度、框架刚度使结构分别满足规范中框架剪力分担比对于框架抗侧承载力和抗侧刚度的要求,通过梁柱铰接使结构变为单重抗侧力体系。为了考虑结构的综合性能,研究了通过不同方式调整剪力分担比对结构经济效益的影响。研究发现,通过增加框架刚度满足规范框架剪力分担比要求的结构经济效益最差。
②分别采用基于纤维模型的梁单元和基于分层壳模型的壳单元对CFT框架和RC核心筒进行模拟,在MSC.MARC中建立了4个结构的有限元分析模型,并对模型有效性进行了验证,为后续结构抗震性能分析奠定了基础。采用倒三角分布侧向加载模式,对4个结构模型进行了静力弹塑性分析。根据分析结果,探究了结构的塑性发展规律,研究了剪力分担比对结构框架与核心筒基底剪力在侧向荷载作用下的变化机理的影响。研究发现,不同剪力分担比结构的基底剪力差异主要来自框架,与框架刚度正相关,核心筒底部剪力基本相同。
③采用4条典型地震波对结构在小、中、大震三个抗震设防水准下进行了动力时程分析。探究了框架剪力分担比对结构顶点位移变化规律的影响,对比分析了不同框架剪力分担比的结构在三个抗震设防水准下的最大层间位移角和塑性损伤状态,研究了结构中框架和核心筒的基底剪力在地震作用下受框架剪力分担比的影响。研究发现,结构的非线性响应受地震特性影响显著,竖向承重构件变截面附近楼层和结构底部的核心筒塑性损伤最为严重。
④选取了10条地震波对结构进行了基于增量动力分析的地震易损性分析。分别以谱加速度和最大层间位移角作为地震强度指标和结构损伤指标绘制了IDA曲线簇,确定了CFT框架-RC核心筒结构的5个性能水平及其量化指标,通过抗倒塌储备系数分析了通过不同方式调整框架剪力分担比对结构抗倒塌安全储备的影响,根据对结构抗震性能的综合评估对CFT框架-RC核心筒结构提出了抗震设计建议。研究表明,采用梁柱铰接的单重抗侧力结构体系“硬化”现象较弱且抗倒塌安全储备较低;仅通过增加框架梁强度使框架抗侧承载力满足规范要求反而会使结构抗倒塌安全储备降低;增加框架刚度可以在一定程度上提高结构抗倒塌安全储备。