翼缘狗骨式削弱的型钢都混凝土框架抗震性能研究.doc

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1、翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架抗震性能研究 天津大学 博士学位论文 姓名：张雪松 申请学位级别：博士 专业：结构工程 指导教师：李忠献 20061101 摘要 与钢筋混凝土结构相比，型钢混凝土结构具有承载力高、延性好的特点，因而在工程中得到了广泛的应用。然而，在强震作用下，梁端塑性铰易诱发梁柱连接焊缝发生脆性断裂，且渗透到节点核心区，从而大幅度地降低型钢混凝土结构的抗震性能。本文提出对梁端型钢翼缘采取狗骨式削弱，将塑性铰从梁端转移到削弱部位，从而提高型钢混凝土结构的抗震性能，因而具有重要的理论意义和工程价值。 本文系统地开展了翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架结构抗震性能的试验研究与理论分析，主要

2、研究工作和创新成果包括以下三个方面： （）翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架梁柱节点抗震性能试验研究与理论分析。通过对个足尺节点试件的低周反复荷载试验，研究了翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架梁柱节点在水平地震作用下的承载能力、延性、耗能能力以及恢复力特性；验证了在型钢混凝土梁柱节点中采用翼缘狗骨式削弱和装配整体式构造的可靠性；分析了梁柱节点的破坏机理、损伤性能以及翼缘狗骨式削弱对节点受力性能的作用。结果表明：翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架梁柱节点延性好，变形能力强，耗能能力高，因而具有良好的抗震性能。 （）翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架结构抗震性能试验研究与理论分析。通过对一榀两跨三层比例的翼缘狗骨

3、式削弱的型钢混凝土框架结构模型的低周反复荷载试验，研究了框架结构在水平地震作用下的承载能力、延性、刚度退化、耗能能力、滞回特性、破坏机制以及翼缘狗骨式削弱对框架整体受力性能的作用；进一步研究了型钢混凝土框架结构的抗震能力设计方法。结果表明，翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架结构延性好，变形能力强，耗能能力和承载能力高，满足一般延性框架的抗震性能要求。 （）翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架抗震性能的非线性有限元分析。基于型钢混凝土的受力特点，建立了适用于反复荷载作用下型钢混凝土材料的本构关系。在上述试验研究的基础上，应用分离模量理论，考虑材料非线性、几何非线性和刚度退化等因素的影响，分析了在低周反复荷

4、载作用下翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架梁柱节点的受力性能和结构的滞回特性。分析结果与模型试验结果相比较，二者吻合较好，验证了基于分离模量理论的型钢混凝土结构设计方法的可行性和适用性。 关键词：型钢混凝土；框架；梁柱节点；抗震性能；翼缘狗骨式削弱；装配整体式构造；塑性铰；承载能力；延性；滞回特性；耗能；破坏机制 限），（）， ， ， ， （） ， ? ?， （） ， ， ， ， （） ， ， ： （）； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤注盘鲎或其他

5、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：乡笑李毒苗签字日期：口汐年，月矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权苤盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名窖铤季未争 签字日期：。年厂月？妒日导师签名：签字日期：），彩年月砑曰 第一章绪论 第一章绪论 概述 型钢

6、混凝土结构是用型钢来加强的混凝土结构，就是在混凝土中主要配置轧制或焊接型钢，同时配有构造钢筋及少量受力钢筋。它是一种介于钢结构和混凝土结构之间的一种新型结构形式，通过钢、混凝土的协同工作使得钢材卓越的抗拉性能和混凝土良好的抗压性能都得到充分的发挥。 型钢混凝土是这种结构形式在英国、美国等西方国家称之为“，【；前苏联则称之为劲性混凝土结构，将置于混凝土中的型钢称为劲性钢，把配置的钢筋称为柔性钢【】；日本则称为型钢混凝土（铁骨钢筋，了夕一卜，缩写）。在我国目前称为型钢混凝土结构。型钢混凝土按照配钢的形式的不同可分为实腹式和空腹式两大类。实腹式型钢主要有工字钢、槽钢及型钢等。空腹式配钢是由角钢构成的

7、空间桁架式的骨架。型钢混凝土梁柱常用截面类型如图所示 （口）实腹式型钢混凝土梁（）空腹式型钢混凝土梁 （）实腹式型钢混凝土柱（）空腹式型钢混凝土柱 图型钢混凝土梁柱常用类型截面 型钢混凝土结构是在钢筋混凝土和钢结构发展的基础上逐步形成的。在一定程度上综合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点： 第一章绪论 一、与钢筋混凝土结构相比 承载力高。由于含钢率的限制，钢筋混凝土结构的承载力难以满足高层或多层建筑的要求，在相同截面尺寸的条件下，型钢混凝土结构的承载力可高于钢筋混凝土构件承载力一倍以上。 方便施工。型钢混凝土中的型钢在混凝土未浇注以前已经形成了钢结构，它具有相当大的承载能力，能够承受构件和施工时的

8、活荷载，可以将模板悬挂在型钢上，不必为模板设置支柱。在高层建筑中应用型钢混凝土结构，可以有效的解决短柱的问题，从而增加了建筑的有效面积，加快了施工进度，有较好的综合效益。 延性好。由于型钢的存在，型钢混凝土延性比钢筋混凝土结构的延性提高了很多，尤其是实腹式构件【】。 二、与钢结构相比 具有较好的防火性能、耐腐蚀性能。由于型钢埋置于混凝土内，防火性能、耐腐蚀性能铰钢结构大为提高； 稳定性好。型钢设置于混凝土内，增加了整体稳定性； 经济效益好。型钢混凝土框架结构较钢框架可节省左右的钢材【。 多次震害表明，型钢混凝土结构具有良好的承载能力和抗震性能。型钢混凝土结构为现代结构的发展趋势，正日益受到了工

9、程界的关注。型钢混凝土结构的研究从世纪初始于欧美。年做了空腹式型钢混凝土柱的试验，发现型钢外包混凝土后，强度和刚度大大提高，这被认为是型钢混凝土结构研究的开始。其后英国的和美国的等都进行了一系列试验研究，取得了许多研究成果。前苏联在世纪年代对结构进行了较多的研究，年出版了型钢混凝土结构的设计指南，主要以实腹式为主要内容，并强调了纵筋和箍筋的作用。该规范认为钢与混凝土完全共同工作，并认为在极限的状态下，型钢可以达到完全屈服的状态。近几十年来，日本是对型钢混凝土结构研究与应用较多的国家。至年，东京大学生产技术研究所的平井善胜、若林实研究小组进行了梁的弯曲、梁、柱剪切、梁柱节点以及粘结等各种试验泌。

10、此外，东京大学的仲雄尾、肩田周三研究小组进行了足尺寸梁的剪切及梁柱节点试验。梅村魁研究小组进行了柱偏压试验【。以上研究基本是以空腹式构件为主。以这些研究成果为基础，日本建筑学会于年制定了以累加强度为基本体系的型钢混凝土规范。年后，横尾义贯、若林实等进行了实腹式配钢的构件的弯曲、轴心及偏心受压、剪切及节点的试验研究。自年以后，若林实、南宏一研究小组对往复加载下的柱偏压、 第一章绪论 剪切及框架结构等进行了系统的研究。研究的重点是构件达到最大强度后的延性及滞回特性。年，日本对型钢混凝土规范进行了较大的修改，修改后的规范要求停止使用延性较差的空腹式型钢，并建议采用实腹式型钢。年日本建筑学会经第五次修

11、订，颁发了型钢混凝土结构计算标准【。近几十年来，日本经历了关东大地震、宫城县大地震关西等大地震；在诸多地震中型钢混凝土建筑经受住了考验，充分展示了型钢混凝土结构优良的抗震性能。例如日本兴业银行（它是一座总面积约、高约的型钢混凝土建筑）经受了年的关东大地震，几乎没有损坏。年宫城县发生地震后，在调查的栋型钢混凝土建筑中，仅有栋发生主体轻微破坏。年，日本关西大地震倒塌和严重破坏的建筑物中，钢筋混凝土结构占，钢结构占，而结构及其混合结构仅占。对结构经过分析表明：结构的破坏主要为非埋入式柱脚及与钢筋混凝土结构的转换层等薄弱环节的破坏。 我国对型钢混凝土结构进行系统研究是从世纪年代开始。西安建筑科技大学组

12、合结构研究室从年开始进行了一系列试验与理论研究，从梁、柱、节点等构件到框架整体结构的试验，包括静力试验、拟静力试验、拟动力试验及振动台试验，配钢形式包括实腹式和空腹式。年代以来，许多高校及研究院继续开展型钢混凝土结构的研究，探讨了各类构件的设计方法。冶金工业部年颁发了行业标准型钢混凝土结构设计规程，此规程基本上沿用了日本型钢混凝土结构计算标准的设计方法。建设部于年颁发了型钢混凝土组合结构技术规程【。这两种规程在结构设计领域里取得了广泛应用。深圳的亚洲大酒店、北京的燕莎中心、上海的瑞金大厦的柱子均采用的是型钢混凝土柱；而北京的国贸大厦和京广大厦则采用了型钢混凝土框架引。 国内外研究现状 型钢混凝

13、土梁抗震性能研究 年开始做空腹式配钢的型钢混凝土梁的变形试验【】，试验结果表明：由于型钢的存在型钢混凝土梁的变形要优于钢筋混凝土梁的变形。年对实腹式配钢的型钢混凝土梁的抗剪性能和抗剪机理进行了研究，研究结果表明：由于型钢的存在型钢混凝土梁的抗剪能力要优于钢筋混凝土梁的抗剪能力。年等【】对在弯扭复合受力下型钢混凝土梁的破坏模型、应力发展等受力性能进行了研究，研究结果表明：钢筋混凝土梁的弯剪扭相互关系方程已经不在适合于型钢混凝土梁，等通过对试验结果的分析，提出了适合于分析型钢混凝土梁在弯扭作用下的受力公式，计算结果和试验结果能够吻合较好。 第一章绪论 年徐澄和江宁。对型钢混凝土梁的刚度和裂缝进行了

14、试验研究。试验结果表明：型钢混凝土粱的刚度比钢筋混凝土梁的刚度有显著提高，虽然型钢混凝土梁的抗弯刚度比钢筋混凝土梁提高很多，但试验观测表明其裂缝宽度并不一定小于钢筋混凝土梁。因此，对裂缝宽度进行验算是必要的。年叶列平在文献【中讲述了型钢混凝土梁具有二阶段受力的特点，即型钢在施工阶段可承受悬挂模板和后浇混凝土等第一阶段的荷载，待后浇混凝土结硬达到设计强度之后，与型钢架形成整体，共同承受使用阶段的荷载，即第二阶段的荷载。利用型钢混凝土的这一特点可以大大的加快施工的速度。年赵树红，叶列平对型钢混凝土梁的受剪性能进行了研究，并给出了合理的计算方法。年杨松【】对反复循环荷载作用下型钢混凝土型梁延性进行了

15、研究。试验研究表明：型钢混凝土型梁在反复荷载作用具有良好的延性；另外，型钢混凝土型梁翼缘下容易发生粘结破坏。故在进行试件设计时，应根据需要配置足够的剪力连接件，并采用密排箍筋的形式来提高型钢与混凝土之间的粘结性能。 型钢混凝土柱抗震性能研究 年齐田时太郎做了中心受压柱试验，年浜田稔做了偏心受压柱试验，英国的】在做了一系列的试验后，提出了描述型钢混凝土工作性能的强度理论；年通过对不同截面、不同长细比的型钢混凝土柱的试验，发现可用三个参数来表现柱的性能【。在美国，型钢混凝土柱的设计公式最初体现在年的中，该公式考虑了混凝土对强度的贡献，到年，采用了极限设计法，相应的型钢混凝土柱也采用了极限设计公式【

16、引。年通过高强型钢混凝土框架柱与高强钢筋混凝土框架柱及普通型钢混凝土框架柱的低周反复荷载试验，全面分析了高强型钢混凝土框架柱抗震性能的影响因素。在和普通型钢混凝土框架柱及高强钢筋混凝土框架柱比较的基础上，对高强型钢混凝土框架的变形能力、耗能性能、累积损伤模型等进行了研究，结果表明，高强型钢混凝土柱具有良好的抗震性能。 在我国，年徐吲等通过根型钢混凝土柱在低周反复水平荷载作用下的试验，探讨了轴压比、配钢率和配箍率对型钢混凝土柱的影响。试验结果表明：型钢混凝土柱的抗震性能比普通钢筋混凝土柱有较大的提高，滞回环比较丰满，无明显捏缩现象。位移延性、耗能性能及刚度退化情况均比普通钢筋混凝土柱好。轴压比对

17、型钢混凝土柱延性的影响较大，当轴压比超过限值后，破坏形态将由延性的大偏压破坏转为脆性的小偏压破坏，延性变差。配骨率与配箍率对型钢混凝土柱的延性的影响没有轴压比显著，延性随配骨率与配箍率增大而提高。年程文滨引、陈忠范等根据型钢混凝土柱轴压比限值的试验研究，从型钢混凝土柱 第一章绪论 界限破坏时内力的平衡条件出发，推导了轴压比限值的理论计算公式。计算表明，型钢混凝土柱的轴压比限值一般比钢筋混凝土柱的高一。年石晶，白国曼对个配角钢空腹式型钢混凝土框架柱进行了抗震性能试验，研究了该类框架柱在低周反复循环加载条件下的破坏形态和滞回性能，提出了能反映空腹式型钢混凝土框架柱性能的退化三线型恢复力模型及其特征

18、点的计算方法。年蒋东红】对型钢高强混凝土框架柱的受力与抗震性能进行了研究。确定了适合型钢高强混凝土柱的钢材本构关系，通过对高强钢筋混凝土框架柱试验的分析，根据双参数损伤模型建立了型钢高强混凝土框架柱的累积损伤模型，并利用该模型对型钢高强混凝土框架柱在低周反复荷载下的损伤累积、演化全过程进行了计算，形象的对影响抗震性能的诸因素进行了分析。年徐朝晖对型钢混凝土柱的抗火性能进行了试验与理论研究给出了合适的型钢混凝土柱抗火分析的计算模型，在合理建立室内火灾传热模型的基础上，利用有限单元法和有限差分法给出了型钢混凝土柱高温下温度分布的数值计算方法，并考虑到材料非线性和构件变形几何非线性的影响，提出了型钢

19、混凝土柱抗火性能分析的有限元求解模式。 型钢混凝土梁柱节点抗震性能研究 节点是连接梁柱的关键部位。型钢混凝土梁柱节点的形式主要有三种：钢筋混凝土梁和型钢混凝土柱连接，钢梁和型钢混凝土柱的连接，型钢混凝土梁和型钢混凝土柱的连接。目前，国内外对钢一混凝土组合节点进行了一系列较为深入的研究。年】对钢筋混凝土柱一型钢梁（）组合节点的抗震性能进行了试验研究与理论分析，试验结果表明：这种类型的节点具有很好的延性和耗能能力。年对型钢梁柱钢筋混凝土板组合节点和型钢梁型钢混凝土柱钢筋混凝土板组合节点进行了拟静力试验。根据试验得出的组合节点弯矩一曲率曲线与其所提出的抗弯能力分析模型所得出的结果进行了比较，结果表明

20、：所提出的组合节点抗弯能力分析模型可以比较准确的分析此种类型的节点抗弯能力。年】等对两个型钢混凝土柱型钢梁足尺寸组合节点进行了拟静力试验，试验结果表明：在节点核心区嵌入两个与柱型钢腹板平行的、并有一定间距的补偿钢板可以显著的提高节点核心区的抗剪能力，防止节点核心发生剪切破坏。为了验证对组合节点进行基于变形能力设计方法的有效性，年对两个钢筋混凝土柱和型钢梁组成的组合节点进行拟静力试验。试验结果表明：对钢筋混凝土柱和型钢梁组成的组合节点采用变形能力的设计方法，可以有效的控制节点的变形与损伤，并使节点具有很好的吸收地震能量的能力和抗剪性能。我国对型钢混凝土节点所做的试验研究也较多。年唐九如副对型钢混

21、凝 第一章绪论 土节点核心区的抗剪性能进行了较为深入试验研究，试验结果表明：型钢混凝土梁柱节点内含型钢，型钢腹板参与工作，增加了一个重要的抗剪因素；加之型钢翼缘框对核心区混凝土的约束作用，使节点核心区抗裂度和抗剪能力都高于普通混凝土梁柱节点核心区的抗裂度和抗剪能力。年薛建阳等【对不同构造的节点进行了抗震性能试验研究，试验的研究结果表明：无论是延性还是耗能能力，型钢混凝土节点都优于钢筋混凝土节点。钢筋混凝土节点的承载能力达到极限后便急剧下降，滞回环有明显的“捏缩”现象，位移延性系数仅为左右；型钢混凝土节点由于型钢的塑化作用，达到极限荷载后承载力下降速度缓慢，位移延性系数均大于。这说明型钢混凝土节

22、点的延性为钢筋混凝土节点延性的倍左右。型钢混凝土节点在达到最大的荷载时，等效粘滞阻尼系数。达到左右，而钢筋混凝土节点在达到最大的荷载时，等效粘滞阻尼系数。仅为左右，也就是说型钢混凝土节点的耗能能力为钢筋混凝土节点耗能能力的倍。年东南大学的殷杰、梁书亭们对梁纵筋穿过柱型钢翼缘的型钢混凝土节点进行了抗震性能试验，试验研究表明：在柱型钢翼缘开穿筋孔，并在开孔的位置用加强板补强后不会影响型钢柱的承载力和节点的抗剪性能：穿过型钢翼缘的梁纵筋在节点核心区没有滑移，锚固性能好。 型钢混凝土框架结构抗震性能研究 年等对底部为型钢混凝土结构上层为钢筋混凝土结构的层框架进行了动力响应分析，分析时考虑了两种极端的情

23、况：一是不考虑型钢和混凝土之间的粘结，二是假定型钢和混凝土之间完全粘结。分析结果表明：型钢和混凝土之间的粘结力对型钢混凝土框架的动力反应的分析结果几乎没有影响，因此忽略型钢和混凝土之间的粘结力不会导致型钢混凝土框架动力反应分析结果错误。近年来，国内外对这种组合框架结构在反复荷载作用下的延性、耗能等抗震性能进行了较为深入的研究：年和对框架进行了动力分析：给出了用于评估型钢混凝土框架损伤性能的计算公式，并根据此公式对型钢混凝土框架的损伤性能进行了评估，评估结果表明型钢混凝土框架具有良好的抗震性能。年副对框架的抗震性能进行了研究，研究结果表明：型钢混凝土框架具有良好的延性和耗能能力，表现出良好的抗震

24、性能。 年薛建阳进行了两榀两跨三层型钢混凝土框架模型的振动台模型试验，框架梁柱均配型型钢。当输入波时边柱的柱根部即出现裂缝。当输入波时也是柱根部首先出现塑性铰。说明柱脚虽然已经按照规范加强，仍然是薄弱环节，即按照传统的设计方法不能正确估计出柱根的内力，柱根的内力的计算值显然偏小，应予重视。另外，模型在弹性阶段时位 第一章绪论 移曲线基本呈倒三角形分布，表现出剪切变形的特点，各层的反应比较均匀。模型框架在屈服以后，上部的刚度退化不明显，层间的变形较小，因而损伤较轻。最后底层整体屈服，层间变形远大于其它两层。在达到破坏时，最大的层问转角达到，远远的超过钢筋混凝土结构，而这时结构尚未倒塌，仍能继续承

25、载，表现了良好的抗震性能引。年薛伟辰【】对型钢混凝土框架的滞回特性进行了研究，并编制开发了基于恢复力模型的型钢混凝土框架滞回分析程序。程序设计中考虑了中考虑了材料非线性、几何非线性、等多种非线性因素的影响。 型钢混凝土结构抗震性能有限元分析研究 有限元经过多年的应用与发展，已成为当今结构研究的重要手段。型钢混凝土是由型钢和混凝土两种材料组成，这使得型钢混凝土结构既有钢结构的特性，又有混凝土结构的特性，有限单元法通过合理的单元划分，可以很好地解决两种材料之间的差异，获得令人满意的计算结果。目前利用有限元进行型钢混凝土结构分析研究的难点在于：对混凝土这种非线性材料的处理，型钢与混凝土之间粘结的模拟

26、。对于混凝土材料，由于其力学性能的复杂性，导致出现许多力学模型，例如线弹性、非线弹性、弹一塑性、弹一粘塑性、内时理论模型、塑性一损伤模型、断裂力学模型、边界面模型以及双剪统一强度理论等。然而这些复杂的混凝土材料的本构关系模型，往往与其在数值分析中能否得到一个可靠的、收敛的解存在明显的差异，致使在工程结构分析计算中，尽管已经具备了应用相当复杂的材料模型，但在实际的分析中，大多还是应用相对简单的模型。到目前为止，大多数的研究者在进行组合结构的理论分析中，都采用了钢与混凝土之间完全粘结这一假定，例如、】等。少数研究者在钢单元与混凝土单元之间加入滑移单元【】或间隙单元【，分析结果表明：钢与混凝土界面上

27、的粘结滑移对型钢混凝土框架结构整体分析影响很小，一般不考虑。年。巧】开发了能够用于模拟三维型钢混凝土框架地震反应分析的梁柱单元和分析模型，从而为型钢混凝土框架的非线性有限元分析奠定了基础。 西安建筑科技大学在以往所做的大量型钢混凝土构件的试验基础上，年对型钢混凝土构件做了系统的有限元分析【。由于型钢与混凝土之间粘结力较小，在受力过程中型钢与混凝土之间发生滑移，尤其是在达到极限荷载的的以后，滑移显著；建模时采用了分离式有限元模型，将混凝土、型钢、钢筋分别选用不同的单元，并在型钢与混凝土界面，钢筋与混凝土截面设置了粘结单元，来模拟两种材料之间粘结滑移性能。通过对型钢混凝土纯弯、压弯构件和节点进行了

28、计算，取得了与试验结构吻合良好的计算结果。年薛建阳此试验的基础上用 第一章绪论 分段变刚度杆单元模型编制了结构的非线性有限元分析程序，对两榀两跨三层型钢混凝土框架进行了弹塑性反应分析。计算结果表明：在加速度峰值为的地震波作用下，框架层边节点梁端刚好形成塑性铰，在随后输入的加速度峰值为地震波激振下，底层梁端全部屈服，柱脚塑性铰并不出现。 框架结构抗震能力设计研究 年及】提出的用于延性钢筋混凝土框架结构抗震的能力设计方法，在新西兰被重点开发研究，并在相应的抗震设计规范中采用。能力设计的方法是一种合理、定量并且相对简单的抗震设计方法，其设计原理已被许多国家采用。抗震能力设计的方法，主要是针对主抗侧力

29、结构体系，通过选择经理合理的耗能机制，给出结构中潜在的塑性铰出现的位置，并对潜在塑性铰区进行详细构造设计，确保结构整体位移延性要求推导的各个塑性较的曲率延性。而对于其它的构件通过其受弯和受剪能力的保护，既考虑潜在的塑性铰超强后需要更大的受弯与受剪承载力。也就是在塑性铰破坏之前结构不会发生其它形式的破坏。能力设计方法多半不需要复杂精细的动力分析技巧，只要在粗略地估算的条件下，可确保结构有预知的和满意的非线性性能。这是因为按能力设计方法设计的结构不会形成不希望变形的铰机构或非线性的变形模式，因而不会对所考虑的非线性弯曲变形值范围内的地震特性表现敏感。 抗震结构通过在结构的预定位置出现的塑性铰转动来

30、耗散地震输入能量。因此，采用抗震能力设计方法进行框架结构的抗震设计，必须首先确定框架结构合理可行的耗能机制，同时耗能机制选择也是影响结构抗震能力与经济性的重要的因素。在罕遇地震下如何把抗震能力的设计方法应用于型钢混凝土框架结构，依靠强度的极差控制塑性铰出现的先后次序，实现预先选择的耗能机构从而使结构达到优化的能量耗散是本文需要研究的一个主要的问题。型钢混凝土框架结构的抗震能力设计方法特点如下： 明确地给出结构塑性铰的位置，塑性铰区域的受弯承载力，不能过分超强。然后对塑性区域进行详细的构造措施。确保罕遇地震作用要求的截面延性。 在罕遇地震作用下的，根据各构件的实际配筋，配钢采用材料的标准强度，利

31、用构件一定的承载力差，使选择的耗能机构得以实现。并由选择的耗能机制确定结构最大的允许位移。 允许出铰的构件应防止剪切、钢筋锚固失效和塑性铰区受压钢筋屈曲等破坏。主要由非塑性铰区始终处于准弹性的状态及塑性铰区域有可靠的构造措施来保证。? 第一章绪论 本文研究工作 选题依据和意义 型钢混凝土框架具有良好的抗震性能，但是这种类型的结构本身也存在许多有待解决的问题。在型钢混凝土框架中型钢梁和型钢柱一般采用焊接连接，在地震的作用下型钢混凝土框架的塑性铰区一般产生梁端，梁端塑性铰区的非线性变形向节点核心区渗透容易引起梁柱连接焊缝发生脆性的断裂。这是因为型钢混凝土梁柱连结焊缝的材料性能是和型钢母材的材料性能

32、有着显著的不同。首先焊缝周围的区域为焊接热影响区（），焊接热影响区具有比型钢母材更硬的组织这将导致焊缝周围的塑性性能要比型钢母材的塑性性能要差的多；另外由于焊缝会或多或少存在一些缺陷，如裂缝、未焊透、夹渣和气孔等引，梁端塑性铰区的非线性变形向节点核心区渗透容易造成梁柱连接焊缝的初始缺陷部位产生应力集中，从而诱发焊缝发生断裂。年美国地震以及年日本阪神大地震【】中焊接钢结构梁柱连结的破坏的类型之一就是焊缝的金属断裂。美国在过去的三十几年里，以加州伯克莱的教授为代表，陆续进行了大批的梁柱钢节点在低周反复载荷作用下的试验研究【引。梁柱钢节点试验中焊缝发生脆性断裂现象比例很高。和的研烈】也表明了焊接质量

33、的重要性。此外，产生在梁端塑性铰区的非线性变形也容易使节点核心区的混凝土提早开裂，从而降低节点核心区混凝土的抗剪能力。型钢混凝土框架需要解决的另一个问题就是施工困难的问题。由于型钢的存在型钢混凝土框架在现场浇注混凝土的时候比较困难，这使得型钢混凝土框架的施工质量难以保证；对于宽柱窄梁的型钢混凝土框架在施工过程中，梁内主筋难以型钢混凝土柱连续配置。 为了克服普通型钢混凝土框架的这些缺陷，首先应把塑性铰从梁端根部转移出来。本文借鉴在钢结构中出现的狗骨式节点【的构造方式对在节点核心区附近梁端型钢的上下翼缘进行了狗骨式削弱，同时增加了梁端根部到梁型钢翼缘最大削弱部位配筋量。这样做是为了将塑性铰从梁端转

34、移到型钢翼缘的最大削弱处，从而人为形成“强节点、弱杆件”有效的降低梁柱焊接连接对焊接质量的敏感程度。采用这种构造方式还把塑性铰从梁端转移出来后可以减少型钢和钢筋的变形非线性变形对节点核心区混凝土的侵害。再有，为了解决型钢混凝土框架施工困难的问题建议采用装配整体式的工艺即型钢柱和梁在工厂预制好，并完成各自外包混凝土的浇注，到现场梁与柱型钢之间再用高强螺栓及焊缝连接，拼接处采用混凝土二次浇筑。这种施工工艺操作简便，减少了现场混凝土浇注量，加快了施工进程，提高了施工的工厂化程度，弥补了现场施工技术工艺中存在的诸多不便，减少了施工现场工作量，极大地便利施工。此外，为了使梁内主筋难以 第一章绪论 型钢混凝土柱连续配置，本文借