内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土框架结构抗震性能研究

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随着钢管混凝土理论研究的日趋成熟及其在工程实践中的应用日趋广泛,钢管混凝土组合结构优越的抗震性能已经被广大科研和工程技术人员所认可。方钢管混凝土作为钢管混凝士中极具代表性的一种截面形式,其具有截面抗弯刚度大、节点构造简单、易于装修等特点,在最近的几十年中已经广泛的应用于国内外各种工程实践领域,各界学者也对其各项性能进行了大量而深入的研究。  内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土的截面形式正是从方钢管混凝土中衍生出来的,该结构秉承了方钢管混凝土的截面形式,更使用高强混凝土来代替普通混凝土填筑于方钢管之中,为了弥补方钢管混凝土所存在的角部约束效应不足和高强混凝土延性不足的问题,在填筑的高强混凝土中又增加了CFRP材料制成的圆形套管来增强对核心混凝土的约束,提高了构件的承载力及延性。  本文为研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱在框架结构中的工作特点和抗震性能,使用OpenSeesNavigator软件,对一8层内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-工字型钢梁的框架结构建立了标准模型,并进行了Pushover分析和一组人工波、两组自然波作用下的动力时程分析,以此对该结构的抗震性能进行研究。此外,本文还在标准模型的基础上,变化组合柱的材料配置参数,对以下4种情况:外包钢管的钢材强度、配筋率、混凝土强度、CFRP配置层数,分别进行了相互独立的Pushover分析和一组人工波、两组自然波作用下的动力时程分析,每种情况选取5个参数梯段,进行纵向的对比和横向的分析,并最终得出了不同配置参数对组合柱的影响情况分析和对框架结构的影响情况分析。  本文所建立的内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-工字型钢梁框架结构能够满足现行规范的设计要求并具有较好的抗震能力;在构件层面上,得出了独立变化外包钢管的钢材强度、配筋率、混凝土强度、CFRP配置层数这4种配置影响参数,不但由于配置量值的多少对组合柱的承载力、刚度、延性产生影响,此外由于约束作用的存在也同时改变了夹层混凝土和核心混凝土的本构关系,间接地影响了组合柱的承载力、刚度和延性,产生了二阶影响效应的结论;而在结构层面上,为了保证结构破坏形式的合理性,一般采用强柱弱梁的设计方法,当施加地震作用力时,先在梁端产生塑性铰,此种破坏为塑性破坏。本文通过对4种配置方式每种5个配置梯度的参数分析得出了:在本结构设计时,除了应保证强柱弱梁的设计理念之外,还应依据设计需要通过变换本文提出的不同材料的配置影响参数来限制梁柱刚度比的最小值,同时改变组合柱的结构性能,达到在合理的塑性破坏形式的前提下,使组合柱更多的参与结构抗震,提高结构的综合抗震能力,改善抗震效果,在相同材料投入的情况下通过合理设计,提高结构抗震能力和经济效益。  
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