• ISSN 0258-2724
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矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

管民生 黄献奇 杜宏彪 张金刚

管民生, 黄献奇, 杜宏彪, 张金刚. 矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(3): 483-491. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170809
引用本文: 管民生, 黄献奇, 杜宏彪, 张金刚. 矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(3): 483-491. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170809
GUAN Minsheng, HUANG Xianqi, DU Hongbiao, ZHANG Jingang. Seismic Behavior of Rectangular High-Strength Concrete-Filled Steel Tube Frame Structure[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(3): 483-491. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170809
Citation: GUAN Minsheng, HUANG Xianqi, DU Hongbiao, ZHANG Jingang. Seismic Behavior of Rectangular High-Strength Concrete-Filled Steel Tube Frame Structure[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(3): 483-491. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170809

矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170809
详细信息
    作者简介:

    管民生(1979—),男,博士,研究方向为工程抗震设计理论与方法,E-mail:msguan@szu.edu.cn

    通讯作者:

    杜宏彪(1962—),男,教授,博士,研究方向为工程抗震设计理论与方法,E-mail:gmms361@163.com

  • 中图分类号: TU398.2

Seismic Behavior of Rectangular High-Strength Concrete-Filled Steel Tube Frame Structure

  • 摘要: 为研究地震作用下矩形钢管高强混凝土框架的破坏机理和抗震性能,进行了单跨两层矩形钢管高强混凝土框架低周反复荷载试验和有限元分析. 考察结构试件在试验过程中塑性铰出现的位置、顺序及塑性发展程度,研究其破坏机制和破坏模式. 研究结构滞回曲线与骨架曲线,分析其承载能力、变形能力、耗能能力以及强度和刚度退化情况. 在此基础上,采用有限元软件Perform-3D对矩形钢管高强混凝土框架试件进行参数分析,研究了轴压比、钢材屈服强度及静力弹塑性分析水平侧向力加载模式等对结构抗震性能影响. 结果表明:矩形钢管高强混凝土框架试件呈梁铰破坏形态,并具有承载能力高、变形能力和耗能能力强的特点. 试件平均峰值荷载较屈服荷载提高了1.68倍;顶层和底层最大层间位移角分别为1/30和1/27,分别超过了规范规定限值的66.7%和85.2%. 延性系数分别超出了规定限值的58.5%和60.0%;轴压比对结构抗震性能影响显著. 当轴压比大于0.6时,结构承载能力与变形能力明显降低;水平侧向力加载模式对结构承载能力影响大. 均匀加载模式下结构承载能力最大,顶点加载模式下最小,倒三角形加载模式居于二者之间. 研究成果可为矩形钢管高强混凝土框架结构抗震设计提供参考.

     

  • 图 1  矩形钢管高强混凝土框架结构模型及内隔板式节点

    Figure 1.  Model of the RHCFT frame specimen and joint with inner diaphragm

    图 2  矩形钢管高强混凝土框架试件破坏

    Figure 2.  Failure of the RHCFT frame specimen

    图 3  试件滞回曲线

    Figure 3.  Hysteretic curves of the testing specimen

    图 4  试件骨架曲线

    Figure 4.  Backbone curve of the specimen

    图 5  试件刚度退化曲线

    Figure 5.  Stiffness degradation curve of the specimen

    图 6  材料本构模型

    Figure 6.  Constitutive models of materials

    图 7  模拟骨架曲线与试验骨架曲线对比

    Figure 7.  Comparison of FEM and experimental backbone curves

    图 8  不同轴压比下试验框架骨架曲线(Q345)

    Figure 8.  Backbone curves of frame structure under various axial load ratio (Q345)

    图 9  不同轴压比下试验框架骨架曲线(Q235)

    Figure 9.  Backbone curves of frame structure under various axial load ratio (Q235)

    图 10  不同钢材屈服强度下试验框架骨架曲线

    Figure 10.  Backbone curves of frame structure with various yield strength steel

    图 11  不同水平加载模式的框架骨架曲线

    Figure 11.  Backbone curves of frame structure under various loading mode

    表  1  钢材材料性能实测值

    Table  1.   Measured values of mechanical properties of steel

    厚度
    /mm
    屈服强度
    /MPa
    极限强度
    /MPa
    弹性模量
    /(× 104 N•mm–2
    8395.3528.62.0
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    表  2  混凝土材料性能实测值

    Table  2.   Measured values of mechanical properties of concrete

    试件编号试件尺寸
    /mm
    立方体抗压
    强度/MPa
    Z1150 × 150 × 15090.6
    Z2150 × 150 × 15092.3
    Z3150 × 150 × 15089.3
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    表  3  试件层间变形与延性

    Table  3.   Values of interstorey deformation and ductility for the specimen

    结构
    楼层
    加载
    方向
    ${\varDelta _{\rm{y}}}/{\rm{mm}}$屈服层间位移角${\theta _{\rm{y}}}/{\rm{rad}}$峰值层间位移${\varDelta _{\rm p}}/{\rm{mm}}$峰值层间位移角${\theta _{\rm p}}/{\rm{rad}}$极限层间位移${\varDelta _{\rm u}}/{\rm{mm}}$极限层间位移角${\theta _{\rm u}}/{\rm{rad}}$层间位移延性$\mu $
    顶层正向3.841/23418.931/4823.681/386.17
    反向– 4.60–1/196–22.05–1/41–29.60–1/306.34
    底层正向5.231/17222.351/4033.481/276.40
    反向– 4.42–1/204–19.05–1/47–27.53–1/336.23
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    表  4  试件各级滞回耗能与耗能比

    Table  4.   Ratios of hysteretic energy of each loading cycle to total cumulative hysteretic energy for the specimen

    加载级数滞回耗能/(N•mm)耗能比加载级数滞回耗能/(N•mm)耗能比加载级数滞回耗能/(N•mm)耗能比
    1110.30.000 483 403.20.012 21521 399.80.077 0
    2325.20.001 293 939.40.014 21624 129.00.086 7
    3774.90.002 8106 659.20.023 91727 460.00.098 7
    41 193.50.004 3118 860.80.031 81830 094.10.108 1
    51 766.60.006 31211 767.60.042 31931 800.60.114 3
    62 295.30.008 21314 872.40.053 42032 590.00.117 1
    72 925.70.010 51418 091.10.065 02133 839.80.121 6
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-14
  • 修回日期:  2018-03-14
  • 网络出版日期:  2019-03-14
  • 刊出日期:  2019-06-01

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