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1、SRCSRC 异形柱空间框架结构振动台试验及平扭振动反应分析异形柱空间框架结构振动台试验及平扭振动反应分析 由于型钢混凝土(SRC)异形柱结构相比钢筋混凝土异形柱结构在承载力、延 性性能、 施工技术方面优势明显,国内学者展开了对此种新型结构的研究及应用。 目前,国内的研究多集中在异形柱及其框架节点等构件层次上,对框架结构整体 性能的研究才刚起步,仅针对异形柱平面框架进行了拟静力试验,且在地震反应 规律及控制措施研究方面,缺少足够的理论支持。 为此,本文在以下四个方面对 SRC 异形柱空间框架结构的地震反应规律进行 了系统研究。(1)通过对 5 层实腹式 SRC 异形柱空间框架结构模型进行三向地
2、震 模拟振动台试验,获得了结构平动、 竖向及扭转动力特性,并对结构及构件的多维 地震反应进行了综合分析。 结果表明:随着地震强度的增加,SRC 异形柱框架结构的自振频率不断下降, 加速度放大系数逐渐减小,结构反应以剪切型为主;结构前 5 阶自振频率对应的 振型形态依次为 X 向平动、Y 向平扭、Z 向振动、扭转和 Y 向平动;在三向地震作 用下,由于模型轴向刚度较大,结构的竖向振动反应较小,偶然偏心扭转对不超过 限高的异形柱结构的抗震性能影响较小,在结构对称布置时,SRC 异形柱能够保 持线弹性扭转;在强震作用下,结构层间刚度退化较快,结构整体侧向位移曲线呈 S 形,在弹塑性阶段后期,边框架梁
3、端首先出现塑性铰,符合梁铰机制,说明结构 具有良好的抗震能力和变形性能;将模拟地震反应与设计计算值进行对比,发现 水平侧移引起的弯矩是柱受弯的主要方面,SRC 异形柱的 N-二阶效应很小,竖 向重力荷载是梁受弯、受剪的主导因素。(2)在考虑柱肢影响的条件下,推导了异 形柱抗侧刚度、抗扭刚度、结构内力及变形的理论计算公式;通过建立考虑地面 转动分量影响的地震反应分析模型,近似确定了地震动转动分量和考虑地面转动 分量的楼层抗扭刚度,并在此基础上,引入了由地面转动引起的平扭周期比,对偏 心结构考虑地面转动影响的 Y 向平扭耦联振动特性进行了分析。 结果表明:考虑柱肢影响的异形柱刚度与内力理论计算值与
4、试验实测值较为 接近;偏心结构考虑地面转动影响的自振频率比、 平扭耦联系数、 扭转振幅比、 振型参与系数比、扭转效应比的变化趋势与仅考虑偏心影响时的变化趋势一致, 且具有类似的平扭耦联反应规律,但地面转动对结构的内力及扭转变形有明显 的放大效应。(3)采用基于柔度法的精细纤维模型梁柱单元,对按规范设计的 SRC 异形柱偏心框架结构的弹塑性扭转反应规律进行了研究。 结果表明:在强震作用下,SRC 异形柱空间框架结构的层间位移角受楼层位 置、偏心距、地震动强度影响明显。当偏心率大于 0.3 时,结构地震反应的平 扭耦联效应显著;当偏心率不大于 0.1 时,结构延性系数为 3.56,延性较好,其延
5、性系数随偏心距的增加不断降低,降低幅度随偏心距的增加不断减小。 由能力谱分析可知,大偏心距 SRC 异形柱框架结构更早达到性能点,对于结 构抗震较为不利;在强震作用下,小偏心距 SRC 异形柱框架结构的薄弱层出现在 结构中下部,大偏心距 SRC 异形柱结构模型的薄弱层出现在结构上部。 (4)采用变 形和能量双参数损伤模型对 SRC 异形柱框架结构损伤程度进行评估;考虑 SRC 异 形柱截面特性和力学特性的影响,对 SRC 异形柱框架结构的抗震设计方法与计算 步骤进行优化和调整,提出扭转控制指标与扭转控制措施,为 SRC 异形柱框架结 构的抗震、抗扭设计提供参考。 通过上述研究,探索建立 SRC 异形柱框架结构的地震反应分析计算方法,总 结归纳一套针对 SRC 异形柱框架结构的地震反应规律,为 SRC 异形柱结构的抗震 设计提供参考。