【摘要】：地震是極具破壞性與毀滅性的自然災(zāi)害之一。歷次震害已經(jīng)證明,地震的潛在破壞作用能夠使建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷甚至倒塌,造成數(shù)以萬計的人員傷亡與財產(chǎn)損失。動力時程分析法能夠真實反映結(jié)構(gòu)在某一特定強度地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),適合于高層及超高層結(jié)構(gòu)的抗震性能評估。美國聯(lián)邦應(yīng)急管理署(FEMA)在“下一代性能化設(shè)計”研究計劃中通過FEMA-P58報告提出的“經(jīng)濟性能分析法”能夠從經(jīng)濟角度評估結(jié)構(gòu)的震后經(jīng)濟損失與修復(fù)時間,為結(jié)構(gòu)初始設(shè)計與震后維修提供參考。本文綜合采用動力時程分析法與FEMA-P58經(jīng)濟性能分析法,評估鋼筋混凝土柱-鋼梁(RC-S)、鋼管混凝土柱-鋼梁(CFST-S)及鋼管約束混凝土柱-鋼梁(TC-S)三種新型混合結(jié)構(gòu)體系的抗震性能,主要研究內(nèi)容如下所述:(1)基于ABAQUS平臺建立某超高層CFST-S主結(jié)構(gòu)有限元模型與由主結(jié)構(gòu)和內(nèi)部輕鋼子結(jié)構(gòu)組合形成的混合結(jié)構(gòu)的有限元模型,通過比較原盈建科模型與ABAQUS模型的自振周期、地震作用下的位移時程曲線,驗證ABAQUS模型建立的準(zhǔn)確性;通過比較主結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的自振周期,指出子結(jié)構(gòu)的組合對主結(jié)構(gòu)的不利影響;通過比較主結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)在多遇地震及罕遇地震下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),分析子結(jié)構(gòu)對主結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。(2)針對目前RC-S、CFST-S及TC-S混合體系抗震性能研究不足的缺陷,根據(jù)CFST-S混合結(jié)構(gòu)的基本信息,設(shè)計了RC-S與TC-S混合結(jié)構(gòu),建立了RC-S與TC-S混合結(jié)構(gòu)的ABAQUS有限元模型,根據(jù)中國規(guī)范挑選了大量的實際地震動與人工地震動,計算了RC-S、CFST-S及TC-S混合結(jié)構(gòu)在多遇地震、基本地震、罕遇地震和極罕遇地震下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),比較了三種混合結(jié)構(gòu)的抗震性能。(3)利用FEMA-P58報告提出的基于易損性曲線與結(jié)果函數(shù)的經(jīng)濟性能分析法,進行混合結(jié)構(gòu)性能組的分類與數(shù)量統(tǒng)計,通過比較計算獲得的RC-S、CFST-S及TC-S混合結(jié)構(gòu)在不同地震強度下的經(jīng)濟損失、維修時間超越概率曲線與結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件震后維修時間按樓層分布直方圖,指出了不同混合結(jié)構(gòu)在不同地震強度下經(jīng)濟性能的差異,進而從經(jīng)濟角度評估不同混合結(jié)構(gòu)的抗震性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU398.9;TU352.11
【圖文】：

a) 十字型鋼 b) H 型鋼 c) 圓鋼管 d) 方鋼管圖 1-1 組合柱的截面形式[9]近年來，隨著混凝土柱材料組合形式與柱截面形式的多樣化，新型混凝土柱-鋼梁節(jié)點的設(shè)計形式不斷涌現(xiàn)，科研人員針對 RC-S、CFST-S 節(jié)點及混合結(jié)構(gòu)進行了大量的試驗研究與有限元分析，提出了不同類型混凝土柱-鋼梁節(jié)點的設(shè)計建議與強度計算公式，為建立混凝土柱-鋼梁混合結(jié)構(gòu)提供了強有力的支持。目前對于 TC-S 混合結(jié)構(gòu)的研究主要集中于柱構(gòu)件層面，對于 TC-S 節(jié)點及TC-S 混合結(jié)構(gòu)相關(guān)試驗及有限元研究較少，仍然有廣闊的開拓空間。經(jīng)過眾多施工單位與科研單位多年的努力，目前大多數(shù)國家有關(guān)部門已經(jīng)針對不同類型混合結(jié)構(gòu)制定了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范如表 1-1 所示。表 1-1 結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼筋混凝土 鋼管混凝土 鋼管約束混凝土中國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2010)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范(GB50936-2014)鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ-2018)意見稿美國 ACI318-11 ACI319-89 —

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文上、下斷開”，這種設(shè)計方式保證了鋼梁的連續(xù)性，施工工藝上減少了鋼材的焊接工作量，但是由于鋼筋混凝土柱斷開，節(jié)點區(qū)混凝土的澆搗與縱筋、箍筋的綁扎變得更加困難，一定程度上增加了施工難度；而日本主要采用“柱貫通”的設(shè)計理念，即“柱子在節(jié)點區(qū)貫通，鋼梁在節(jié)點區(qū)左、右斷開”，這種設(shè)計方式使得節(jié)點區(qū)梁柱的連接方式相對簡單，且方便了混凝土的澆搗，但是由于鋼梁的斷開，梁柱的連接變得更加復(fù)雜，增加了施工難度，而且施工質(zhì)量難以保證[15-16]。針對鋼梁在節(jié)點區(qū)焊接質(zhì)量無法保證的問題，考慮到現(xiàn)場施工的實際情況，借鑒鋼結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗，目前工程上亦采用“螺栓連接”的方式，即將鋼梁端部與混凝土柱內(nèi)預(yù)埋連接件用螺栓固定在一起。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文部分共 2 層，全部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每層層高 3.8m。主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層、裙房層、地下室平面示意圖及立面示意圖如圖 2-1、圖 2-2 所示。裙房層裙房部分柱子采用鋼筋混凝土柱，截面尺寸為 600mmx600mm；梁采用鋼筋混凝土梁，截面尺寸為 400mmx800mm。主體結(jié)構(gòu)主體部分外圍鋼管混凝土（CFST）柱共 18根，其中 1-11 層的 CFST 柱截面尺寸分別為 P800mmx18mm、P800mmx14mm、P800mmx18mm ， 12-20 層的 CFST 柱截面尺寸分別為 P800mmx14mm ，P800mmx12mm ， P800mmx12mm ， 21- 屋頂層的 CFST 柱截面尺寸分別為P800mmx12mm，P800mmx10mm，P800mmx12mm。主結(jié)構(gòu)梁均為鋼梁，鋼材型號為 Q345B。支撐全部為鋼屈曲約束支撐（BRB），鋼材型號為 Q345B。樓板采用新型預(yù)制混凝土疊合樓板，裙房層樓板厚度為 180mm，架空層及標(biāo)準(zhǔn)層樓板厚度為 150mm，混凝土強度為 C30，板底筋采用雙向 C8@150，板頂筋采用 C10@150。主結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸如表 2-1 所示。

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本文編號：2772589