方钢管混凝土框架—钢板剪力墙核心筒结构抗连续倒塌性能研究

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方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构是一种新型抗侧力体系,近年来开始应用于我国高层及超高层建筑结构。方钢管混凝土具有优异的承载力、刚度和塑性变形能力。钢板剪力墙是一种轻便、塑性变形能力好、抗震性能强及具有良好经济性的抗侧力结构体系。将两者结合起来,可以充分发挥各自的性能优势,此类结构具有广阔的开发与应用前景。结构在正常使用过程中如果遭受较大的冲击荷载或爆炸荷载等偶然荷载作用,因而出现某些梁、柱失效,建筑物在局部区域无法承载其自重,使得建筑物最终发生倒塌。最近几年建筑物整体倒塌事故一直在发生,激起众多研究者的研究兴趣。目前钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构在实际工程中已经得到了应用,对其所进行的研究大多数为该结构体系的抗震性能研究,关于抗连续倒塌性能的研究鲜见报道。因此,本文针对该类结构进行了抗倒塌性能分析,主要研究内容如下:(1)对结构核心筒部分的方钢管混凝土边框联肢钢板剪力墙进行抗震性能分析,通过对试验试件进行低周往复荷载试验研究其滞回曲线、骨架曲线以及延性、耗能能力、刚度与承载力退化曲线,综合分析该类结构的抗震性能。(2)利用结构分析软件SAP2000建立了试验试件的数值分析模型。采用斜拉杆模型对钢板剪力墙结构进行模拟,定义了钢管混凝土构件的塑性铰参数。通过对试验试件的模拟,验证了本文模拟方法的正确性。(3)选取一栋15层的原型结构,建立空间有限元模型,选择底层边柱、角柱、内柱、筒体柱等失效作为分析工况进行非线性动力分析。分析失效节点竖向位移时程曲线和失效柱范围内梁柱内力变化情况,判断结构抗倒塌能力,分析结构的内力响应规律及传力机制。研究表明,结构在边柱及内柱失效情况下竖向位移较大,经历了梁机制及悬链线机制。底层柱失效后,内力分布均遵循就近原则,同时单根柱失效不会导致结构发生连续倒塌。拆除底层内柱工况时竖向位移最大,因此在工程应用中应对此类结构的内柱采取优先保护措施。(4)研究钢管含钢率、钢梁材料强度和纵向拆除位置对结构连续倒塌性能的影响,研究表明,改变纵向拆除位置对结构倒塌性能影响较大,其中顶层角柱失效点最大位移与首层相比相差521.1%,顶层筒体柱失效点最大位移与首层相比相差738.7%。
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