半刚性连接混凝土框架的设计思路和抗震分析

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半刚性连接是一种介于铰接和刚接之间,可以承受一定弯矩,具备一定转动能力的连接方式。半刚性连接通过合理选择转动刚度和受弯承载力可以优化结构的弯矩分布,使组合梁充分发挥作用,从而优化结构选型。半刚性连接框架具有良好的抗震性能:可以通过半刚性连接良好的弯曲塑性变形以提高框架梁的转动变形能力;并且如果梁柱采用半刚性连接,可以通过调整控制连接的弯矩承载力,使梁端屈服弯矩小于柱的弯矩承载力,形成如同刚接框架强柱弱梁型框架的屈服形式。半刚性连接框架梁柱采用高强度螺栓连接,现场安装方便,施工速度快,还具有可观的经济性。  目前国内外关于半刚性连接框架的研究主要集中于静力作用下的结构反应分析。其实节点的非线性特性在动力荷载作用时对结构反应的影响更为显著。因为在动力荷载作用下,不仅节点的非线性M-θ关系对结构反应有影响,而且其滞回关系,强化特征,以及包辛格效应都会使结构的受力性能和耗能能力等发生变化。  本文就上述半刚性连接框架在诸多方面的优越性,提出了三种适用于低多层混凝土框架的梁柱半刚性连接形式,对这种新型半刚性连接框架的静力响应和动力响应都做了具体的研究,以期为低多层半刚性连接混凝土框架在工程上的广泛应用提供理论上的依据:  分别对提出的三种新型节点:暗牛腿连接、U型连接和工字型连接形式进行了周全的数值模拟,运用ABAQUS有限元软件,对三种连接形式的螺栓进行了仔细的建模,并考虑了螺栓和螺孔间的摩擦和接触以及预拉力的作用,以求精确的计算出对于指定几何尺寸和材料特性的半刚性连接的M-θ关系。  考虑到半刚性连接刚度对整个梁的内力分布的影响,提出了一种改进后力矩分配发对半刚性连接件混凝土框架进行了静力计算,并对混凝土梁柱构件进行了合理的配筋,最后在这些混凝土梁柱和半刚性连接的组合中选择了最经济的形式。  对并未考虑强柱弱梁而计算出的半刚性连接框架进行了动力分析,用SAP2000对所设计的半刚性连接框架进行了弹塑性PUSHOVER分析,并且用MARC对其在三种不同的地震波下的时程响应进行了计算,二者的结果都表明这种未考虑强柱弱梁的半刚性连接框架能够满足地震作用下的相关要求。
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