轉(zhuǎn)換框架往往位于結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位,承受巨大的豎向荷載及水平荷載,一旦破壞將造成整體結(jié)構(gòu)傾覆或坍塌,從而導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡及巨大的財(cái)產(chǎn)損失。在地震作用下,轉(zhuǎn)換框架由于其上下結(jié)構(gòu)不連續(xù),由此導(dǎo)致剛度突變,往往會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的應(yīng)力集中及彈塑性變形集中。故此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)轉(zhuǎn)換框架承載力及抗震性能的要求也遠(yuǎn)高于常規(guī)框架結(jié)構(gòu)。方鋼管混凝土(CFST)柱及型鋼混凝土(SRC)梁是已被證實(shí)具有較高承載力及延性性能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,從目前已有的工程實(shí)踐及文獻(xiàn)研究來看,將兩者同時(shí)應(yīng)用于轉(zhuǎn)換框架的案例及研究還鮮有報(bào)道。故此,本文對(duì)方鋼管混凝土柱-型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架的抗震性能展開研究,設(shè)計(jì)制作了 10個(gè)試驗(yàn)試件,并分別對(duì)其進(jìn)行豎向分級(jí)加載及低周往復(fù)加載。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,建立了結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析模型,并據(jù)此深入研究結(jié)構(gòu)力學(xué)機(jī)理及進(jìn)行參數(shù)拓展分析。依托試驗(yàn)及數(shù)值分析結(jié)果,建立了結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型,并提出了基于能量平衡的抗震設(shè)計(jì)方法。主要研究成果如下:(1)對(duì)豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了研究,分析了SRC梁裂縫發(fā)展模式、鋼材應(yīng)變變化規(guī)律、結(jié)構(gòu)力矩分布特點(diǎn)及SRC梁變形情況,結(jié)果顯示:豎向荷載作用下,SRC梁在跨中首先出現(xiàn)彎曲裂縫,隨后在1/3跨段出現(xiàn)斜向剪切裂縫,最大裂縫寬度約為0.2mm,撓度約為梁跨的1/600;柱鋼管應(yīng)變與結(jié)構(gòu)所施加的軸壓力直接相關(guān),且軸壓比越大,鋼管承載比重越高;結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)力矩與力矩分配法計(jì)算結(jié)果略有差別,實(shí)測(cè)梁跨中力矩值小約13.8%,下柱端力矩小約20%。(2)對(duì)10個(gè)試驗(yàn)試件進(jìn)行低周往復(fù)荷載試驗(yàn),觀測(cè)了結(jié)構(gòu)的破壞過程及破壞模式,詳細(xì)地分析了結(jié)構(gòu)的滯回曲線、骨架曲線、承載力衰減、剛度退化、延性性能及耗能能力,主要結(jié)論如下:1)在低周往復(fù)荷載作用下,結(jié)構(gòu)SRC梁裂縫發(fā)展以斜裂縫為主,CFST柱在峰值狀態(tài)后呈現(xiàn)出較明顯的塑性變形;在所測(cè)試的10個(gè)試件中,所觀察到的結(jié)構(gòu)破壞模式有柱鉸破壞模式、柱鉸-梁鉸破壞模式及柱鉸-柱受拉混合破壞模式。2)所有試件的滯回曲線飽滿,呈紡錘形,但軸壓比對(duì)其的影響尤為顯著,梁柱線剛度比的影響次之,其余參數(shù)的影響相對(duì)較小;所有試件的位移延性系數(shù)均大于3.0,等效黏滯阻尼系數(shù)位于0.258-0.463區(qū)間,展示出良好的抗震性能。3)結(jié)構(gòu)屈服時(shí)的層間位移角位于1/108～1/146區(qū)間,破壞時(shí)的層間位移角位于1/28～1/47區(qū)間,遠(yuǎn)高于規(guī)范限值。此外,結(jié)構(gòu)破壞時(shí),梁跨中撓度值約為梁跨的1/100～1/150,也展現(xiàn)出了良好的抗變形能力。(3)對(duì)方鋼管混凝土柱-型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架進(jìn)行數(shù)值模擬及力學(xué)機(jī)理研究,提出了適用于結(jié)構(gòu)分析的有限元計(jì)算模型,并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)從破壞模式、滯回曲線、骨架曲線、鋼材應(yīng)變及滯回耗能等方面對(duì)有限元模型加以驗(yàn)證。分析了結(jié)構(gòu)的應(yīng)變變化規(guī)律,并參考ACI 445R-99(R2015)所建議的桁架模型構(gòu)建了方鋼管混凝土柱-型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架的理想化力學(xué)分析模型,試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果顯示:所構(gòu)建的理想化力學(xué)模型完全能夠反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)變化特征。(4)在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)及有限元模擬的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了方鋼管混凝土柱-型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架的恢復(fù)力模型,確定了彈性剛度、極限承載力、峰值點(diǎn)位移及退化剛度等關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算方法,制定了相應(yīng)的滯回規(guī)則。利用所建立的恢復(fù)力模型計(jì)算結(jié)構(gòu)的骨架曲線及滯回曲線,結(jié)果顯示:計(jì)算骨架曲線、滯回曲線與試驗(yàn)實(shí)測(cè)曲線吻合良好,由此證明所構(gòu)建的恢復(fù)力模型可為方鋼管混凝土柱-型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架的抗震彈塑性分析提供確實(shí)可信的計(jì)算數(shù)據(jù)。(5)通過對(duì)地震輸入能量及結(jié)構(gòu)耗散能量進(jìn)行分析,建立了方鋼管混凝土柱-型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架基于能量平衡的塑性抗震設(shè)計(jì)方法。同時(shí),利用結(jié)構(gòu)變形解構(gòu)的思想明確了構(gòu)件變形與結(jié)構(gòu)整體變形之間的關(guān)系,將構(gòu)件變形作為結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的控制目標(biāo),設(shè)計(jì)過程體現(xiàn)了“低彈性承載力、高延性”或“高彈性承載力、低延性”的結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)思想。此外,以方鋼管混凝土柱-型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架低周往復(fù)荷載試驗(yàn)的破壞模式為藍(lán)本,設(shè)計(jì)了 4個(gè)計(jì)算算例,并采用所建議的抗震設(shè)計(jì)方法對(duì)算例結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),結(jié)果顯示:所建議的抗震設(shè)計(jì)方法計(jì)算高效、方便實(shí)用。
【學(xué)位單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU398.9;TU352.11
【部分圖文】：

給豎向構(gòu)件，從而滿足功能與力學(xué)的要求。在實(shí)際工程中，轉(zhuǎn)換框架的應(yīng)用范圍很廣，??如多高層建筑中的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)［｜４、橋梁工程中的墩柱蓋梁體系＆４］及基礎(chǔ)工程中的彈性地??基梁基礎(chǔ)［５］、礦山井塔［６］等。圖１－１為轉(zhuǎn)換框架的工程應(yīng)用示意。??ｉｌｌ??罐琴７?ＳＰ??（ａ）建筑工程?（ｂ）橋梁工程?（ｃ）基礎(chǔ)工程??圖１－１轉(zhuǎn)換樞架的工程應(yīng)用??Ｆｉｇ．?１－１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｆｒａｍｅ??作為結(jié)構(gòu)荷載傳遞的關(guān)鍵部位，轉(zhuǎn)換框架在整體結(jié)構(gòu)中的作用至關(guān)重要，一旦破壞??將造成整體結(jié)構(gòu)傾覆或坍塌，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡及巨大的財(cái)產(chǎn)損失。為此，各國??設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)此類框架的承載能力及抗震性能均提出了遠(yuǎn)比常規(guī)框架更高的設(shè)計(jì)要求。我??國于２０１０年最新頒布的《高層建筑餛凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ＪＧＪ３－２０１０）?［７］及《建筑抗震??設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＧＢ５００１１－２０１０）?［８］規(guī)定轉(zhuǎn)換框架應(yīng)通過增大地震作用內(nèi)力來提高結(jié)構(gòu)的承??載能力；同時(shí)，限定最小鋼筋用量及控制軸壓比來保證結(jié)構(gòu)延性。其目的是推遲結(jié)構(gòu)的??塑性發(fā)展及提供足夠的變形能力。對(duì)于橋梁下部轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，規(guī)范《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)??貝ＩＪ》（ＪＴＧ／ＴＢ０２－０１－２００８）?［９］及《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（ＣＪＪ?１６６－２０１１）?［１（）］則通過超??強(qiáng)系數(shù)來提高能力保護(hù)構(gòu)件的承載能力（如蓋梁的抗彎、抗剪能力

?〖＜：細(xì)比?ｇ．Ｍ系數(shù)??圖１－３方鋼管混凝土已有試驗(yàn)基本信息統(tǒng)計(jì)??Ｆｉｇ．?１－３?Ｂａｓｉｃ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｓｔｅｄ?ＣＦＳＳＴ?ｍｅｍｂｅｒｓ??延性是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能最核心的指標(biāo)之一，通常用位移延性系數(shù)ｃ？）進(jìn)行表??征，其表達(dá)式為：??＾?＝?（１－５）??式中：戽與分別為構(gòu)件在破壞及屈服時(shí)的側(cè)向位移。??１０?????？呂西林［１０４］??８?■?＂?＃?庸漏?▲Ｖａｒｍａ［１０６］??■?＃?＾?■李黎明［１０７］??３?６?．?＿?。聶瑞鋒［１１０］??Ｓ?４?－?Ａ?。筆‘Ａ．?Ａ?Ａ?蔡傳國［ｍ］??＿??〇．?＾?４＾??〇?陳宗平［１１２］??２?＇?Ａ蘇益聲［１１３］??〇馬愷澤［１０８］??０??１?１?１?１????０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??軸壓比０ｔ）??圖１－４已測(cè)試方鋼管混凝土柱的位移延性系數(shù)??Ｆｉｇ．?１－４?Ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｓｔｅｄ?ＣＦＳＳＴ?ｍｅｍｂｅｒｓ??９??

西大學(xué)博士學(xué)位論文?方鋼管混凝土柱－型鋼謀凝土梁轉(zhuǎn)換框梁的抗震性能及設(shè)計(jì)方法研梁轉(zhuǎn)換框架的簡(jiǎn)化力學(xué)分析模型，并利用該模型揭示了具有不同破壞模式結(jié)構(gòu)的理，與試驗(yàn)結(jié)果高度吻合。該模型可為實(shí)際工程的力學(xué)分析提供參考。??（５）建立了構(gòu)件變形與結(jié)構(gòu)整體變形之間的關(guān)系，并提出了以構(gòu)件變形為性能控標(biāo)，以能量平衡為基本原理的塑性抗震設(shè)計(jì)方法，給出了具體的抗震設(shè)計(jì)流程。該方法較好地體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)的基本思想。??．４．４研究思路??本課題對(duì)方鋼管混凝土柱－型鋼混凝土梁轉(zhuǎn)換框架的抗震性能及設(shè)計(jì)方法展開研用的主要研宄手段有：??驗(yàn)研究（主要考察結(jié)構(gòu)的豎向荷載反應(yīng)及側(cè)向動(dòng)力荷載反應(yīng)）??數(shù)值模擬（建立合理的數(shù)值分析模型，對(duì)參數(shù)進(jìn)行拓展分析并掲示結(jié)構(gòu)的力學(xué)機(jī)理理論分析（建立結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力模型，提出結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法）??全文通過構(gòu)建總體研究思路及細(xì)化每一章節(jié)研究?jī)?nèi)容以實(shí)現(xiàn)本文擬定的研究目文的基本研宄框架如圖１－５所示。??ｐ驗(yàn)研宄??

本文編號(hào)：2846101