钢管混凝土结构抗震性能

钢管混凝土结构抗震性能
钢管混凝土结构抗震性能

南昌大学研究生2015~2016学年第二学期期末

读书报告

课程名称:混凝结构理论与应用专业:建筑与土木工程

学生姓名:李海学号:4160146150

学院:建筑工程学院得分:

任课教师:熊进刚时间:2016年6月

钢管混凝土结构抗震性能研究

摘要: 介绍了钢管混凝土组合结构的特点,综述了国内外钢管混凝土结构的抗震性能的研究现状; 分析了其存在的问题和实用价值,展望了钢管混凝土结构发展趋势和应用前景; 指出了进一步研究的方向。

关键词: 组合结构; 钢管混凝土结构; 抗震性能; 工程应用

Abstract:This paper presents the characteristics of steel concrete composite structures, review the status of research on seismic behavior of domestic and foreign steel concrete structure; analyzes the problems and practical value, the prospect of the development trend of steel and concrete structures prospects; points out further research direction.

Keywords:composite structure; steel concrete structure; seismic performance; engineering applications

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件,按截面形式不同,可分为圆钢管混凝土,方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土、螺旋配筋混凝土和钢管结构的基础上演变和发展起来的,利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下,从而使混凝土的强度得以提高,塑性和韧性性能大为改善。同时,由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,保证其材料性能的充分发挥。钢管混凝土组合结构的优势主要表现在: 承载力高、塑性和韧性好、经济效果好、施工方便、耐火性能较好。

钢管混凝土结构早在19 世纪80 年代就出现了,到目前为止,钢管混凝土结构在土木工程中的应用已经有百年历史。由于钢管混凝土具有优越的力学性能和良好的经济效益,一开始便受到世界各国土木工程界的重视,并争先恐后开发利用。1879年,英国最早将钢管混凝土杆件用于Severn 铁路桥的桥墩,在钢管内填混凝土以承受轴向压力,并防止钢管内部锈蚀。1897 年,美国人JOHN LALLY 提出在钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱,并获得专利【1】。我国从1959 年开始研究钢管混凝土的基本性能和应用,1963 年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁车站工程。改革开放后,随着国家经济的迅猛发展,钢管混凝土结构技术在我国的高层建筑、地铁车站和大跨度桥梁等工程中得到了广泛应用,有力地推动了上述领域营造技术的发展,取得了令人瞩目的成就【2】。2008 年汶川地震中,钢管混凝土建筑显示了优越的抗震性能,钢管混凝土的研究成为热门课题之一。

1 钢管混凝土的特点

混凝土的抗压强度高,但抗弯能力差,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高,同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构,主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主,被广泛使用于框架结构中( 如厂房和高层) 。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能,具体表现为以下几个方面:

1)承载力高、延性好,抗震性能优越。钢管混凝土柱中,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度; 钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明,钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏,构件的延性性能明显改善,耗能能力大大提高,具有优越的抗震性能。

2) 施工方便,工期大大缩短。钢管混凝土结构施工时,钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量,施工不受混凝土养护时间的影响; 由于钢管混凝土内部没有钢筋,便于混凝土的浇注和捣实; 钢管混凝土结构施工时,不需要模板,既节省了支模、拆模的材料和人工费用,也节省了时间。

3)耐腐蚀性能优于钢结构。钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少,受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多,抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用,使钢管内部的混凝土处于三向受压状态,使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大,施工成本较高。相比之下,方钢管混凝土结构的施工较为方便,但钢管混凝土受到的约束作用较小,结构的承载力较低。就目前实际应用而言,由于受力性能的优越性,圆钢管比方钢管混凝土应用更为广泛。

2 钢管混凝土构件抗震性能

国外对圆钢管混凝土构件抗震性能研究较早,在日本,1923 年关东大地震后,发现钢管混凝土结构在该次地震中的破坏并不明显,在以后的建筑中尤其是高( 多) 层建筑中,钢管混凝土得到大量应用。

1991 年Ichinohe 等对圆钢管高强混凝土柱进行了拟静力试验,试验结果表明: 局部屈曲后柱的承载力并不降低,有足够的变形能力,抗震性能很好。1991 年Yamakawa【3】等通过拟静力试验研究圆钢管配筋混凝土短柱的承载能力、延性和耗能能力,但由于纵筋较多,钢管与混凝土之间约束效应变小,导致滞回曲线有一定的捏缩,另外配筋还造成了钢材浪费,并增加了施工的难度。1998 年Park,s. M【4】等对钢管内表面有栓钉的圆钢管配筋混凝土柱进行了拟静力试验,由于栓钉和箍筋的存在,柱发生局部屈曲后承载力并未下降,延性和耗能能力明显提高阻。在国内,钟善桐、韩林海、张素梅等【5】对圆钢管混凝土柱的压、弯、剪受力性能进行了试验研究,较全面地分析了圆钢管混凝土柱的延性、耗能和破坏性能。1998 年闫维波【6】等对钢管混凝土压弯构件滞回性能进行了研究,提出往复应力状态下高强混凝土和应力应变关系模型,利用数值方法计算出钢管高强混凝土构件在往复荷载作用下的弯矩一曲率关系曲线及P -△曲线。在此基础上,分析了影响弯矩,曲率滞回关系曲线和P -△恢复力模型,以及模型中各参数、位移延性系数、耗能比和耗能等参数的简化计算公式。2008 年沈阳工业大学魏华等【7】通过对 6 组圆形钢管混凝土双肢框架柱在水平反复荷载作用下的试验,深入研究了圆钢管混凝土双肢框架柱的滞回性能、吸能性能和延性等抗震性能。分析了混凝土强度等主要实验参数对双肢框架柱抗震性能的影响。结果表明,钢管混凝土双肢框架柱具有良好的抗震性能,配置二重筋后会迸一步增强试验体的吸能性能、承载力及延性。2010 年东北石油大学张文福等【8】为获得钢管混凝土支撑的抗震性能,对14 根圆钢管混凝土支撑试件开展滞回性能数值仿真,主要参数包括混凝土强度、钢材屈服强度、长细比和含钢率等; 通过获得的试件轴力一位移滞回曲线,得到试件的骨架曲线,分析混凝土抗主要参数对荷载一位移骨架曲线的影响,基于滞回曲线,对试件的位移延性、耗能能力和单位体积耗能进行探讨。结果表明: 随混凝土强度、钢材屈服强度和长细比的增加,位移延性、耗能能力和单位体积耗能能力逐渐减小; 随着含钢率的增加,构件的位移延性、耗能能力减小,单位体积耗能能力逐渐增加。

2. 2 方钢管混凝土构件抗震性能

方钢管混凝土四角处混凝土沿对角线受压,随着轴压比的增大,边中混凝土方钢管混凝土所受约束越来越小,甚至出现与钢管壁剥离。方钢管混凝土的约束作用不如圆钢管混凝土明显从而导致同样条件下其构件强度比圆钢管混凝土稍差。天津大学王铁成教授对一榀三层两

跨方钢管混凝土组合框架进行了抗震性能试验,结果证明该框架模型的荷载一位移滞回曲线非常饱满从而说明方钢管混凝土结构具有优越的抗震性能。多层住宅采用方钢管混凝土结构,与砖混结构和轻钢结构相比,施工比砖混结构快,造价比轻钢结构低,具有明显的经济效益。方钢管混凝土结构用在多层住宅是一个发展方向,它有很多优点,会产生较大的经济和社会效益。1981 年,Sakino【9】等进行了方钢管混凝土柱的拟静力试验,分析了试验参数对构件抗震性能的影响Tomii【10】等通过拟静力试验研究方钢管配筋混凝土短柱的延性和耗能能力。Matsui C【11】等对钢管内壁有凸肋的方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,试验结果表明: 内凸肋提高了钢管与混凝土之间的约束效应,延性和耗能能力明显好于没有内凸肋的方钢管混凝土柱。Okamoto【12】对离心法预制的高强混凝土矩形钢管混凝土柱进行了拟静力试验,柱的滞回曲线呈纺锤形,延性很好。Nakanishi【13】通过拟静力试验研究在静载或地震荷载作用下己破坏方钢管混凝土柱的极限强度、剐度和延性,试验获得的水平力与水平位移滞回曲线仍很饱满,极限强度和延性好于相同截面的钢管。Sun[14]【14】对高轴压比的方钢管套箍钢筋混凝土柱进行了拟静力试验,试验中钢管不直接承受纵向荷载,只对核心混凝土起约束作用,试验结果表明; 即使在高轴压比情况下,这种柱仍然具有良好的的延性,没有剪切破坏和粘结破坏现象发生。吕西林、陆伟东【15】对12 根承受常轴力和反复水平荷载作用的方钢管混凝土柱试件进行了试验,研究了不同试验参数,如宽厚比、轴压比和内填混凝土强度对试件抗震性能的影响。试验结果表明,方钢管混凝土具有良好的荷载—位移滞回性能和抗局部屈曲的能力以及比普通钢筋混凝土柱更好的耗能能力和更小的强度退化。通过编写的计算程序,对方钢管混凝土柱的荷载一变形全过程进行了分析,计算得到的弯矩一轴力一曲率关系和荷载,位移关系与试验结果吻合较好。在空钢管中填充混凝土可以避免或延缓钢管过早地发生局部屈曲、可以有效地提高构件的延性,从而增强构件的抗震性能。华侨大学罗漪、徐玉野等【16】采用三维有限元法,分析了方钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下的抗侧力-位移关系,轴压比、钢板宽厚比以及内填混凝土抗压强度对方钢管混凝土柱抗震性能的影响,通过试验证了有限元分析的结果。同济大学李黎明等【17】通过低周反复加载试验研究方钢管混凝土柱的抗震性能,分析了其在水平地震作用下的承载能力、变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制,为进一步的理论分析提供参考。同时研究了含钢率、长细比和轴压比对方钢管混凝土柱延性的影响。结果表明,对其影响最大的为长细比,其次是轴压比,再次是含钢率。韩林海等研究了火灾后钢管混凝土结构的抗震性能,对于合理进行该类结构火灾后的修复具有重要意义。通过对 6 个IS0 -834 标准火灾作用后方钢管混凝土构件进行往复荷载作用下的荷载一变形滞回性能试验,探讨火灾作用后方钢管混凝土荷载一变形滞回曲线的特点以及刚度退化规律,并对火灾作用后方钢管混凝土压弯构件极限承载力和抗弯刚度计算方法进行了讨论。该试验结果可为钢管混凝土结构火灾后的抗震修复加固研究提供参考。

3 钢管混凝土框架结构抗震性能

3. 1 圆钢管混凝土框架结构抗震性能

1998 年、张文福[18]对钢管混凝土单层单跨框架动力性能进行了试验研究。试验设计了8 榀框架,其中6 榀框架由圆钢管混凝土柱和工字钢梁组成,2 榀框架由圆钢管混凝土柱和方钢管梁组成。试验表明,钢管混凝土单层框架破坏时梁端和柱脚均出现塑性铰,柱子属于压弯型破坏; 试件的侧向力和位移的滞回环很饱满,刚度退化缓慢; 其耗能比随柱轴压比、长细比的增大而增大,轴压比较大时,对耗能比的影响更显著。同时,经分析研究认为,钢管混凝土框架具有很高的承载能力和非常好的延性,在地震作用下可以抵抗较大的变形以至于不会倒塌。福州大学林东欣等[19]通过对两层圆钢管混凝土组合框架模型的拟动力地震反

应试验,研究这类新型结构体系在地震荷载作用下的动力反应和受力性能. 试验表明,钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震能力。李斌[20]等对 2 榀具有同一外形尺寸和用料的钢管混凝土单层单跨框架进行了试验测试,研究了该类型结构的破坏形态、变形特点、荷载一位移滞回模型和结构耗能比,分析了钢管混凝土框架的受力性能及抗震性能。试件模型采用钢管混凝土柱和工字型钢梁组成的框架,柱为Ф219 ×8 的无缝钢管。钢管内填C30 混凝土。试验结果表明,2 榀框架均为弯曲型破坏,体现了强柱弱梁的设计方案。方钢管混凝土和圆钢管混凝土抗震性能对比研究思想;其荷载一位移曲线呈纺锤形,没有捏缩现象; 耗能比明显高于RC 框架,增加20% ~30% ; 结构体系的骨架曲线无下降段,呈现出较好的变形和耗能能力。黄襄云[21]根据广州新中国大厦的结构特点静力试验结果结合地震振动台的平面尺寸喝承载力,设计制作了一个5 层2 跨的钢管混凝土柱单梁节点框架结构试验模型。模型节点与原型节点的比例为1∶8。输入地震波为场地波、El Centro 波和天津波,加速度峰值分别为8 度小震0.1799,中震0.3579,大震0.7149。试验结果表明钢管混凝土柱框架结构的变形以剪切变形为主,层间位移角在第三层最大,结构整体抗震性能好。邹万山等[22]对一圆钢管混凝土框架结构模型进行模拟地震振动台试验研究.试验时输入E1 一Centro( N—S) 波、武汉人工波及天津波3 种地震波,分为6 度、7 度区基本烈度地震的两阶段试验,考察了模型在各阶段试验的不同地震波作用下的地震响应,并分析得到了结构的层间滞回曲线.试验结果表明: 3 种不同频谱特性的地震波对模型结构加速度和位移反应分布曲线形状的影响很小; 且通过加速度功率谱分析得到,框架各层绝对加速度反应主要取决于前两阶振型,三阶以上的高阶振型的影响很小; 整个试验过程中,模型结构始终处于弹性范围内,此类结构延性好,具有较好的抗震性能。

3. 2 方钢管混凝土框架结构抗震性能

1985 年,Matsui 等对方钢管混凝土单层框架进行了拟静力试验,试验结果表明: 框架的滞回曲线饱满,没有明显的刚度退化现象,是非常好的抗震结构形式。Kawaguchi 等对方钢管混凝土单层门式框架进行了拟静力试验,根据试验曲线计算得到结构特征系数Ds 值( 日本规范规定的结构特征系数越小抗震性能越好) 只是钢结构的一半左右,表明其抗震性能优于钢框架结构。清华大学聂建国等【23】对一个10 层方钢管混凝土框架结构进行了push -over 分析,为方钢管混凝土框架结构的抗震性能分析提供了参考数据。在此基础上与钢筋混凝土框架结构的push -over 分析结果进行了对比研究,从理论上比较了两种结构的动力特。武汉大学童菊仙等【24】在液压伺服振动台上对一单跨、两开间、五层方钢管混凝土框架结构进行了无支撑和有支撑模型地震反应试验。振动台输入E1.Centre 波( N—s) 、天津波、武汉人工波,并分6度和7 度两级输入。在不同试验阶段,实测了三种地震波作用下有斜向支撑和无斜向支撑结构模型的加速度、水平位移和柱脚应力,并对实测数据进行了分析。结果表明,钢管混凝土结构具有较高的承载力,塑性、韧性较好,而且斜向支撑有利于增强结构的整体刚度,使结构的水平位移减小,加速度变化平缓,有效分担水平地震作用力。天津大学齐建伟、王铁成等【25】研究了方钢管混凝土柱和钢梁的组合框架在低周反复水平荷载下的抗震性能。结果表明: 框架P 一△滞回曲线呈饱满的梭形,反映出具有很好的吸能能力。框架位移延性系数大于4,其强度、刚度变形能力及耗能能力能够满足抗震要求。框架的极限位移较小.反映出方钢管混凝土框架抵抗水平外力的能力较强。试验后,方钢管基本保持方形.说明钢管对内部混凝土的约束作用较强.使混凝土处于三向应力状态下,不仅能够提高框架柱的承载力.而且可以避免混凝土的脆性破坏王来【26】等设计了一个栋3 层两跨的方钢管混凝土组合框架,通过在低周反复荷载作用下的模型试验,深入研究了方钢管混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。研究结果表明: 方钢管混凝土框架满足一般框架的抗震要求,其框架结构的抗震性能优于钢筋混凝

土框架结构。研究成果对于方钢管混凝土框架的工程应用具有重要的指导意义。

4 存在的问题及今后的研究方向

由于钢管混凝土良好的抗震性能,钢管混凝土结构在我国具有广阔的应用和发展前景。但在实际应用和实验研究中还存在一些不足之处,有待进一步改善。

1)钢管混凝土是一种组合材料性质更为多样化,本构关系、应力分布和各材料相互影响更加复杂,其各种力学性能的研究还不尽完善,精确数值模拟难度还比较大,国内外大部分理论都来自试验数值的回归分析,因而有必要对钢管混凝土性能进行更加系统的理论分析和试验研究,从力学的角度去建立钢管混凝土理论并通过试验对比验证。

2) 研究圆钢管混凝土比较多,方钢管混凝土研究相对比较少。方钢管混凝土柱在高层框架一剪力墙整体结构中具有与圆钢管混凝土媲美的良好抗震性能,同时具有圆钢管混凝土所不具备的节点简单,施工方便的特点; 针对其轴向承载力不足的弱点,槽型横肋方钢管混凝土柱在不改变方形截面形式的前提下,比一般方钢管混凝土柱具有承载力高、抗震性能好的优点,因此在高层框架一剪力墙结构中可以考虑方钢管混凝土柱的推广应用。

3) 对钢管混凝土结构体系抗震性能的研究,主要集中在几层几跨的框架结构的伪静力试验研究方面,而对由钢管混凝土柱和钢或钢筋混凝土等形式的梁以及混凝土剪力墙组成的多高层结构的整体抗震性能还研究的不够,尤其是振动台试验,现阶段做的还不多。因此,应进一步开展这方面的研究工作,并在充分考虑结构空间作用的基础上,提供合理的钢管混凝土框架柱的抗震设计参数,便于在工程设计中应用。

4) 抗震设计理论作为发展趋势已被普遍认同,但基于性能的抗震设计与抗震评估方法都需要通过理论分析、设计实践和实验研究加以完善,尤其是关于役结构抗震性态评估的研究还较少,还有许多问题需要深入研究。

5 结语

钢管混凝土结构是一种相对年轻的结构形式,它突出的抗震性能以及其他良好的力学性能使之能够适应现代工程结构向大跨度、高耸和承受恶劣条件的需要,因而正被越来越广泛的应用在工业厂房、高层和超高层、拱桥和地下结构中。随着钢管混凝土各种性能特别是抗震性能研究的不断深入,钢管混凝土结构势必会在土木行业产生巨大的经济效益和建筑效果。

参考文献:

[1]蔡绍怀. 我国钢管混凝土结构技术的最新进展[J].土木工程学报,1999,32( 4) : 16-20.[2]辛江红,石明星. 钢管混凝土系杆拱桥施工监控分析[J].甘肃科技,2009,25( 23) : 138-141.

[3]Yamakawa T. Sakino K,Yamada Y,A study on elasto -plastic of R / C short columns doubly confined in steeltube and hoops,Proceeding of the Third InternationalConference on Steel -Concrete Composite Struc-tures. 1991; 665-670.

[4]Park S M,Choi B G,Tae Y K,An experimental study onbehavior of steel -tube column filled with reinforced con-crete connected to H -beam,Proceeding of Fifth PacificStructural Steel Conference,1998; 937-942 .[

[5]钟善桐. 高层钢管混凝士结构[M].哈尔滨; 黑龙江科学技术出版社,1999.[6]闫维波. 钢管高强混凝土压弯构件滞回性能的理论计算与实验研究[D].哈尔滨建筑大学硕士学位论文,1999.

[7]魏华,杜怀周,刘妮,等. 钢管混凝土框架柱的抗震性能[J].沈阳工业大学学报,2008,30( 2) : 223-226.

[8]张文福,郝进锋,薛景宏,等. 圆钢管混凝土支撑滞回性能分析[J].大庆石油学院学报,2010,34( 3) : 109-113.

[9]Sakino K,Tomii H. Hysteretic behavior of concrete filledsquare steel tubular beam -columns failed in flexure,Transaction of the Japan Concrete Institute,1981,3: 439-446.[10]Tomii m,Sakino K,Xiao Yan,et al,Earthquake -resis-ting hysteretic behaviorof reinforced concrete short col-umns confined by steel tube -experimental results ofpreliminary research,Proceedings of the InternationalSpecialty Conference on Concrete Filled Steel TubularStructure. 1985: 119-125.

[11]Matsui C,Keira K,Kawano A,etal,Development of con-cretefilled steeltubular structure with inner ribs,Pro-ceeding of the Third International Conference on Steel -Concrete Composite Structure,1991: 210-206.

[12]Okamoto T,Maeno T,Hisatoku T,etal,A design andconstruction practice ofrectangular steel tube columns infilled with ultra -high strength concrete cast by centrif-ugal force,Proceedings of the Third International Con-ference on,Steel -Concrete Composite Structure,1991:237-242.

[13]Nakanishi K,Kitada T,Nakai H,Experimental study ondeterioration of ultimate strength and ductility of damageconcrete filled steel box columns,Proceedings of the 4thASCCS International Conference on Steel -ConcreteComposite Structures,1994: 127-130.

[14]Sun Y P,Sakiho K,Method of improving the ductility ofRC columns high axialload by using steeltube,Proceed-ings of the 4th ASCC5 Intarnational Conference on Steel-Concrete Composite Structure,1994: 139-142.

[15]吕西林,陆伟东. 反复荷载作用下方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2000,21( 2) : 2-11.

[16]罗漪,徐玉野,王全凤. 方钢管混凝土柱的抗震性能分析[J].华侨大学学报,2005,26( 4) : 377-381.

[17]李黎明,李宁,陈志华,等. 方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究[J].吉林大学学报,2008,38( 4) : 817-822.

[18]张文福. 单层钢管混凝土框架恢复力特性研究[D].哈尔滨工业大学博士学位论文,2000.

[19]林东欣,宗周红,房贞政. 两层钢管混凝土组合框架结构拟动力地震反应试验研究[J].福州大学学报,2000,28( 6) : 72-76.

[20]李斌,薛刚,张园. 钢管混凝土框架结构抗震能试验研究[J].包头钢铁学院学报,2002,21( 2) : 174-178.

[21]黄襄云,周福霖,罗学海,等. 钢管混凝土柱结构节点抗震性能研究[J].建筑结构,2001,31( 7) : 3-7.[22]邹万山,徐礼华. 钢管混凝土框架结构模型抗震试验研究[J].三峡大学学报,2009,31( 2) : 59-63.

[23]聂建国,秦凯. 方钢管混凝土框架结构push -over 分析[J].工业建筑,2005,35( 3) : 68-72.

[24]童菊仙,徐礼华,凡红. 方钢管混凝土框架模型振动台试验研究[J].工程抗震与加固改造,2005,27( 3) :65-69.

[25]齐建伟,王铁成,陈倩. 方钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究[J].建筑科技,2006,20( 3) : 74-75.

[26]王来,王铁成,陈倩. 低周反复荷载下方钢管混凝土框架抗震性能的试验研究[J].地震工程与工程动,2003,23( 3) : 113-117.

建筑结构基于性能抗震设计的问题分析 崔婷

建筑结构基于性能抗震设计的问题分析崔婷 发表时间:2019-01-14T13:36:57.110Z 来源:《防护工程》2018年第30期作者:崔婷 [导读] 能有效包含人们的生命与财产,现在基于性能抗震设计是未来房屋建筑的主要发展方向。 中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司辽宁沈阳 110000 摘要:现在我国建筑房屋基本都是高层,一旦发生地震会给人们的生命和财产带来一定的损失,如何提高房屋的抗震能力,减少由于地震带来的损失,这是建筑类专家需要解决的实际问题。基于性能抗震设计能够有效防止地震房屋倒坍等现象引起的用户损失,能有效包含人们的生命与财产,现在基于性能抗震设计是未来房屋建筑的主要发展方向。 关键词:建筑结构;抗震设计;问题分析 引言 建筑结构的设计处理是比较关键的一个重要环节,其对于后续建筑工程项目建设的指导性比较强,如果设计环节出现了问题和隐患,必然会影响到后续建筑工程项目的施工效果,需要不断优化建筑结构设计水平。结合建筑结构设计工作的开展,注重抗震设计是比较基本的一个要求,建筑结构抗震设计的难度比较大,要求相对也比较高,需要结合不同需求进行详细分析,确保其能够体现出更强的适宜性。为了更好提升建筑结构抗震设计水平,基于性能进行抗震设计是比较有效的一个方式,其在当前的实际运用也确实表现出了一些明显优势,具备较强探讨价值。 1建筑结构抗震设计的问题 1.1建筑结构规则性问题 现代建筑体形普遍较大,因此一旦遭受地震灾害,其受到的影响更加严重,但如果建筑结构设计能够形成规则性,那么就能够适当的降低地震灾害对建筑的影响。而目前社会对于建筑设计的要求多种多样,其中难免存在部分不规则的建筑,此类建筑通过分析可以证实,其在许多实际地震当中受到的损害最为严重。建筑结构不规则的主要表现为:建筑外部存在明显凹凸、建筑没有依照对称原则进行设计,此类结构设计虽然能够满足观感上的需求,但显然在地震灾害当中,会受到更多的影响,出现坍塌、剧烈晃动等现象,不利于人群撤离。 1.2建筑平面布设问题 (1)建筑承重物的分布布设。建筑承重物主要是指承重柱,在现代大规模建筑的条件下,其相对较低的楼层规模会更大,此时就需要运用大量的承重柱来进行支撑,而因为规模较大,承重柱的分布布设难度也会提高,所以在部分建筑结构当中,承重柱的布设会出现不协调的现象。 (2)电梯平面布设。电梯是现代建筑当中常用设备,而电梯需要电梯井提供行动空间,但在许多建筑结构设计当中,其并没有考虑到电梯井的抗侧力刚度,此时如果遭受地震灾害,很容易从电梯井处导致建筑结构的坍塌。 (3)墙体布设。墙体是任何形式建筑物都必须具备的建筑结构,其同样起到了承重作用,在地震灾害当中的功能与承重柱相同,但在许多建筑当中因不同的设计要求出现了不均匀墙体布设,使得整体建筑结构的力学结构出现不合理现象,降低了建筑整体的抗震性。此外,部分墙面的结构刚度分布存在不足,同样不利于建筑抗震性。 1.3屋顶设计的问题 在现代大规模建筑的基础上,当其遭受地震灾害时,其不单地基基础会受到剧烈影响,屋顶同时导致剧烈摇晃的重要因素。屋顶在建筑整体当中,除了实现遮风挡雨的功能外,还能够向承重柱、承重墙施加应力,使整体建筑结构的稳固性提升。而部分建筑当中,其对于屋顶的建筑存在过重或者过轻的现象,影响了相互应力的作用。此外,还有部分设计当中出现了屋顶重心偏移的现象,此类现象在地震内,非常容易出现坍塌,需要严格进行改善。 2建筑结构基于性能抗震设计要点 2.1承载能力设计方法 承载能力设计是提高抗震性能设计的常用方法,也是一种有效的方法。承载能力设计方法是通过底部剪力计算出来的,是一种比较科学的方法,加强建筑物结构强度设计,计算构件之间应该具有的承载能力,这是设计方法可靠,概念性能清晰等优点,能达到一定的预期目标。但承载能力设计方法有一定的特点就是以弹性反应为基础,对于非弹性建筑物不能全面进行计算,计算出的数值不准确,不能应用承载能力设计方法进行抗震性能设计。 2.2抗震设计以位移为基础 抗震设计以位移为基础能全面进行抗震性能设计,提高建筑物的抗震能力,是符合现代建筑物抗震设计的需要。该方法是以位移为基本出发点,通常将位移控制运用到建筑结构的设计过程中,通过为位移谱的位移偏移计算出剪力的数值,进行建筑物的结构分析,如何进行性能提升,通过具体的配筋进行有效设计,采用增加刚度的方法,将位移目标进行变化,提高建筑物的抗震能力,有效的考虑抗震性能中的位移偏移的重要性,有效提升其在设计理论的应用过程,有效增加其使用方法,有效提高建筑物的抗震性能。抗震设计以位移为基础的方法是提高建筑物抗震性能的有效方式,符合现代建筑物提高性能的有效方法。 2.3注重可靠度理论的应用 建筑结构基于性能的抗震设计还需要把握好可靠度理论的应用,能够更好实现对于可靠度理论的融入,针对建筑结构中可能存在的各个不确定因素进行及时处理,并且结合相关规范进行严格控制,力求建筑结构具备更强的抗震性能。结合这种可靠度理论的引入和应用,其需要围绕着设计表达式进行分析,确保各分项系数能够符合可靠性要求,能够在明确的抗震性能水准要求下进行处理,避免可能形成的明显地震影响和威胁。当然,这种可靠度理论同样也需要考虑到建筑结构的各个相关因素,能够基于多个影响因素进行综合评价,需要进行大量统计和试验分析,避免仅仅单纯考虑单一结构体系。 2.4合理确定地震设防水平 对于建筑结构基于性能的抗震设计工作落实,需要首先从地震设防水平入手进行明确,这也是基本抗震原则履行的基本条件,需要明

钢管混凝土结构

钢管混凝土结构 1、 前言 钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构,它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩,然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。从八十年代末开始,钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。 2、 钢管混凝土结构的特点 , 混凝土的抗压强度高,但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。 钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的,仅以常用的一种加载方式为例,对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明,如图l 的一根钢管混凝土短试件在轴向力N 作用下钢管和核心混凝土随着纵向压力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变,同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为S S IS 3εμε=,C C C 31εμε=(式中的13,εε分别为纵向、环向应变,μ为材料的泊松比,下标s ,c 分别代表钢管和核心混凝土)。在轴向力N 作用下钢管和核心砼的变形是协调的,即C S 33εε=。钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283),进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。而混凝土的横向变形系数C μ则为变数,可以从低应力时的0.17增加到0.5至1.0甚至大于1.0。由上式可见,钢管混凝土在轴心压力N 作用下,开始时C S μμ>,

钢筋混凝土框架结构抗震性能分析

钢筋混凝土框架结构抗震性能分析摘要:根据汶川地震震害现场调查记录及欧洲抗震规范的相关抗震条文,探讨了造成钢筋混凝土框架结构震害的原因,对框架结构的震害进行了分析,特别详细介绍了地震中填充墙框架结构的各种表现,分析其破坏机理,在此基础上为该类建筑物的抗震设计提出建议。 关键词:欧洲规范;钢筋混凝土;框架结构;抗震性能 abstract: according to wenchuan earthquake damage scene investigation records and european seismic code of seismic provisions related, discusses the cause of reinforced concrete frame structure, the causes of the earthquake damage to frame structure of the earthquake damage are analyzed, especially introduced the earthquake in the frame structure of the fill walls of performance, analyzed its failure mechanism, and in this foundation for the building of the seismic design are proposed. keywords: european standard; reinforced concrete; frame structure; seismic performance 中图分类号:tu352.1-2文献标识码:a文章编号: 1引言

钢管混凝土系杆拱桥特点及稳定性探讨

钢管混凝土系杆拱桥特点及稳定性探讨 摘要:对钢管混凝土系杆拱桥的特点进行了描述,对钢管混凝土系杆拱桥的设计和施工过程中不可忽略的因素——稳定性进行了归纳和总结,并且进一步对稳定性的影响因素进行了探讨。 关键词:钢管混凝土,系杆拱桥,稳定性 1 引言 钢管混凝土拱桥具有跨越能力强的特点,我国已建成的钢管混凝土拱桥有四川旺苍东河大桥、广东高明大桥、广州丫髻沙大桥等。其中跨径110m的四川旺苍东河大桥是我国第一座钢管混凝土拱桥,其结构形式为的下承式预应力钢管混凝土系杆拱桥[1];跨径112.8m、全宽26m的佛陈大桥是我国同类结构中在跨度和宽度上均具有代表性的一座下承式预应力钢管混凝土系杆拱桥。 2 钢管混凝土系杆拱桥特点 钢管混凝土系杆拱桥兼有钢管混凝土结构和系杆拱桥的特点:作为钢管混凝土结构,因钢管内填充了混凝土,增加了钢管壁受压时的稳定性,而且钢管壁对混凝土起套箍作用,使管内混凝土处于三向受压状态,充分发挥了混凝土的抗压强度、提高了混凝土的延性;作为系杆拱桥,系杆拱组合体系将拱肋的推力传给系杆,使体系成为外部静定、内部超静定的结构,系杆和拱肋均有一定的刚度,荷载引起的弯矩在系杆与拱肋之间按刚度分配,它们共同承担体系的轴力和弯矩。 系杆拱桥主要分为有推力和无推力组合体系,无推力系杆拱桥能够较好地适应不良地层和具有较小的建筑高度,主要由拱助、吊杆、系杆(梁)三部份组成。根据上下部分结构的联接方式,系杆拱又可分为两种,一种是上下部之间刚接,一种是简支,如图1所示[2]。 (a )简支形式 (b) 刚接形式 图1 系杆拱形式 3 稳定分析 由结构力学知识可知,拱桥以承受压力为主,拱肋的受力情况为承受一定的弯矩、扭矩和剪力。在对拱桥进行施工和运营时,若拱结构本身的刚度不足会发

浅谈影响型钢混凝土结构抗震性能的因素

浅谈影响型钢混凝土结构抗震性能的因素 浅谈影响型钢混凝土结构抗震性能的因素 摘要:由于型钢混凝土具有刚度大,防火、防腐性能好及重量轻、延性好等优点,因此在土木工程中具有广阔的应用前景。从抗震性能来讲,型钢混凝土结构适用于抗震烈度为6度至9度的多层、高层和一般构筑物。本文总结出了影响型钢混凝土结构抗震性能的六大因素:轴压比、剪跨比、型钢含量和型钢形式、 配箍率、混凝土强度、型钢的锚固形式。 关键字:型钢混凝土;轴压比;剪跨比;配箍率;型钢的锚固形式 中图分类号:TU528文献标识码: A 文章编号: 型钢混凝土组合结构是一种优于钢结构和钢筋混凝土结构的新 型结构,它分别继承了钢结构和钢筋混凝土结构的优点,克服了两者的缺点而产生的一种新型结构体系。型钢混凝土结构充分利用钢(抗拉性能好)和混凝土(抗压性能好)的特点,按照最佳几何尺寸,组成最优的组合构件,这种组合构件具有刚度大的特点,与钢结构相比,防火、防腐性能好,具有较大的抗扭和抗倾覆能力,而且,与钢筋混凝土结构相比,具有重量轻,构件延性好,增加净空高度和使用面积,同时缩短施工期,节约模板,特别是在高层和超高层建筑及桥梁结构中使用组合构件,更加体现了它的承载能力高和能克服混凝土结构施工困难的特点。 由于型钢混凝土结构具有上述特点,因此在土木工程中具有广阔的应用前景。从抗震角度来讲,型钢混凝土结构适用于抗震烈度为6度至9度的多层、高层和一般构筑物。 通过实验,总结出了影响型钢混凝土抗震性能的主要因素为: 1、轴压比 实验和工程实践表明,轴压比是影响型钢混凝土偏心受压构件破坏形式、延性、变形能力和抗震性能的最重要因素。当轴压比超过一定限值时,无论配箍率如何提高,框架柱的延性都不能得到明显改善,

钢管混凝土柱

摘要:介绍了钢管混凝土结构的特点、研究现状及其工程应用,探讨了钢管混凝土结构研究方向。 关键词:钢管混凝土 近20年来,钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中,随着建筑物高度的增加,钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的,我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土;混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土;混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。 1.钢管混凝土结构的特点 众所周知,混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构,主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主,被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能,具体表现为以下几个方面: 1.1 承载力高、延性好,抗震性能优越 钢管混凝土柱中,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度;钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明,钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏,构件的延性性能明显改善,耗能能力大大提高,具有优越的抗震性能。

结构抗震性能设计解读

结构抗震性能设计解读 结构抗震性能设计解读 【摘要】对结构抗震性能设计中的4个结构抗震性能目标和5种结构抗震性能水准进行深入解读,对不同的结构抗震性能水准提出对应的计算、设计方法及注意事项。 【关键词】抗震性能化设计;抗震性能水准;弹塑性分析;加速度反应谱;时程分析 中图分类号: TU352.1+1文献标识码: A 0 引言:我国建筑抗震设计主要以下三部分组成:一、规范限定的适用条件;二、结构和构件的计算分析;三、结构和构件的构造要求。对于一个建筑物的抗震设计,当满足以上三部分要求时,就是符合规范的设计;当不满足第一部分要求时,就被称为“超限”工程,需要采取比第二、三部分更严格的计算和构造,以证明该建筑可以达到抗震设防目标。结构抗震性能设计着重于通过现有手段(计算及构造措施),是解决“超限”结构在中震和大震下的结构计算和设计的一种基本方法。结构抗震性能设计实现了结构抗震设计从宏观性的目标向具体量化的多重目标过度。 1 地震作用:由于建筑结构抗震设计是一个十分复杂的问题,有许多难点,例如:地震地面运动的不确定性;抗震设防水准及对地震作用的预估;地震作用下结构反应分析的正确性;对影响结构抗震性能因素的认识及所采取措施的有效性等。当前世界各国的建筑抗震设计主要采用以下两种方法。 (1)拟静力法---加速度反应谱法。它将影响地震作用大小和分布的各种因素通过加速度反应谱曲线予以综合反映,建筑结构抗震设计时利用反应谱得到地震影响系数,进而得到作用于建筑物的拟静力的水平地震作用。此理论接受度比较高,适用于大部分结构;由于此方法存在一定的不足,因此不太适用于“超限”结构的抗震设计。 (2)直接动力法---时程分析法。此方法根据建筑物所在地区的基本烈度、设计分组的判断估计、建筑物所在场地的类别,选择适

几种建筑结构抗震性能比较与分析

几种建筑结构抗震性能比较与分析 1.前言 地震是一种突发性的自然灾害,至今可预报性仍然很低。强烈地震发生时会使建筑物产生沿竖直和水平方向的加速度,给建筑局部构件以严重破坏,严重时甚至造成整体结构的倒塌,并造成人身和财产的巨大损失。由于建筑物依附在地球表面,建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方式影响。通常,地震对建筑物的破坏有三种方式:上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。多数时候,还是三种方式的复合作用。地震波传播方式有纵波、横波、面波,由于地球表层岩性的复杂性,传播过程中也会出现像激流中“漩涡”的复杂情况。 我国属地震多发国家,需要考虑抗震设防的地域辽阔。自五十年代开始,在国际抗震理论的推动下,我国逐渐形成了自己的抗震设防的特色。经过充分的研究和大量的实践,在2001年新修订的抗震设计规范(gb5001122001)中,建筑物的抗震能力较之前的规范可提高10 %以上,其技术含量达到国际先进水平。但是受经济实力的限制,我国建筑安全可靠度的设置仍低于欧美等发达国家。因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。 2.几种建筑结构的特点及抗震分析 目前,我国主要民用建筑的结构主要有三类:底框结构、砌体结构和混凝土结构 2.1底框结构

底框结构能够在建筑物底层形成大空间,是我国现阶段经济条件下特有的一种结构。这种结构多用于临街的住宅、办公楼等建筑在底层设置商店、饭店、邮局或银行等。这样,房屋的上面几层为纵横墙较多的砌体承重结构,而底层则因使用要求上需要大空间的原因采用框架结构形成了砖混底层框架结构。但这种结构形式在抗震性能方面却是不利的:上部砖混结构部分纵横墙较密,不仅重量大, 抗侧移刚度也大,而底框部分抗侧移刚度则较小,形成“上刚下柔” 的结构体系。地震位移反应相对集中于底层,引起底层的严重破坏,从而危及整个房屋的安全。 底框结构建筑因其在使用上的方便性和灵活性而被广泛采用,但是从抗震角度来看它是一种不合理的结构形式。这类结构的体系亦较混乱,由于经济原因,大多尽可能少用混凝土框架,导致框架和砌体承重墙抗侧力构件的承载力和变形能力很不协调,平面抗侧刚度极不均匀心。这类结构的震害现象主要表现为底部框架由于变形集中而破坏,或上部砌体结构破坏。其具体表现为: 1.由于刚度突变,底框和上部砖混的结合处成为底框结构的薄弱环节。底框结构刚度大,上部砖混结构破坏;砖混结构刚度大,底框结构破坏。 2.在底框结构建筑中,如果底部为多层框架结构的混合结构,则由于底层设置抗震墙,底框的坍塌减少;而上部砖混的坍塌增多。 3.圈梁和构造柱的设置对上部结构的抗震起到关键作用

钢管混凝土抗震

四、组合框架一剪力墙体系 4.1钢管混凝土框架结构抗震性能分析 钢管混凝土柱是在钢管中填充混凝土后形成的一种受力构件,这种构件是在劲性钢筋混凝土、螺旋配筋混凝土以及钢结构的基础上演变和发展起来的框架的承载能力、变形特征、耗能能力进行了分析,并与钢筋混凝土框架结构进行对比,以期使钢管混凝土框架结构在工程实践中得到较为广泛的应用一种新型结构构件。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对其核心混凝土的约束作用和核心混凝土增强管壁的稳定作用,使混凝土的强度得以提高,塑性和韧性性能大为改善。同时,避免或延缓了钢管发生局部屈曲,从而可以保证两种材料性能的充分发挥。另外,在钢管混凝土的施工过程中,钢管还可以作为浇筑其核心混凝土的模板,与钢筋混凝土相比,可节省模板费用,加快施工速度。到目前为止,对钢管混凝土的研究大都局限于对构件的受力性能研究,而对钢管混框架的承载能力、变形特征、耗能能力进行了分析,并与钢筋混凝土框架结构进行对比,以期使钢管混凝土框架结构在工程实践中得到较为广泛的应用。 闫洋、王震霞从结构整体工作性能的角度出发,在试验的基础上对单层钢管混凝土框架模型进行了低周往复加载试验,通过对试验结果和破坏形态的分析得出钢管混凝土框架的骨架曲线,并对变形和耗能进行了理论分析,理论和试验结果基本上是吻合的。

图一 其试验的两榀框架( 图 1) 均为弯曲型破坏。试件的破坏过程为:加载一侧的框架柱脚外边缘纤维首先达到屈服,然后在柱根内外侧及梁端的上下边缘几乎同时出现屈服点,此时框架已达到整体屈服,但整个框架并未出现普通钢筋混凝土框架易产生的刚度退化现象,试件承载力随着变形的增加而继续增加。 从加载开始至试件破坏有明显的特点:钢管混凝土框架达到整体屈服后,承载能力还可以进一步提高,表明在结构屈服后截面应力及结构内力发生重新分布,结构仍有承载能力。结构的破坏以梁的破坏为标志,虽然柱脚个别点的材料屈服早于梁的屈框架结构的钢管柱。但在这些点出现之后,结构的变形仍为小变形。 通过分析计算得出当钢管混凝土框架结构与钢筋混凝土框架结构当柱的直径相等、长细比相同时,钢管混凝土框架结构的各控制位移值大于钢筋混凝土框架结构的对应位移; 钢管混凝土结构的位移延性系数和弹性抗侧刚度均比钢筋 混凝土结构的大。由此可得出,钢管混凝土框架结构的抗震能力与抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构。 ( 1) 试验得出的钢管混凝土 p- s 滞回曲线均较饱满,这充分说明钢管混凝土框架结构有很好的耗能能力。在破坏阶段,虽然钢梁出现屈服甚至屈曲,但由于钢管混凝土柱有较强的抗侧刚度和良好变形。 ( 2)整个结构的 p- $曲线无下降段,具有较强构的屈服荷载大于钢筋混凝土结构的屈荷载。说明钢管混凝土框架结构较钢筋混凝土框架结构的抗震性能好、抗震能力强。

抗震性能设计

抗震性能设计 一、规范规定 《建筑抗震设计规范统一培训教材》中指出: 抗震性能化设计仍然是以现有的抗震科学水平和经济条件为前提的,一般需要综合考虑使用功能、设防烈度、结构的不规则程度和类型、结构发挥延性变形的能力、造价、震后的各种损失及修复难度等等因素。不同的抗震设防类别,其性能设计要求也有所不同。 鉴于目前强烈地震下的结构非线性分析方法的计算模型和计算参数的选用尚存在不少经验因素,缺少从强震记录、设计施工资料到设计震害的详细验证,对结构性能的判断难以十分准确,因此在性能设计指标的选用中宜偏于安全一些。 建筑的抗震性能化设计,立足于承载力和变形能力的综合考虑,具有很强的针对性和灵活性。针对具体工程的需要和可能,可以对整个结构、也可以对某些部位或关键构件,灵活运用各种措施达到预期的性能目标——着重提高抗震安全性或满足使用功能的专门要求。 例如,可以根据楼梯间作为“抗震安全岛”的要求,提出确保大震下楼梯间具有安全避难通道的具体目标和性能要求;可以针对特别不规则、复杂建筑结构的具体情况,对抗侧力结构的水平构件和竖向构件分别提出相应的性能目标,提高其整体或关键部位的抗震安全性;对于地震时需要连续工作的机电设备,其相关部位的层间位移需满足设备运行所需的层间位移限值的专门要求;其他情况,可对震后的残余变形提出满足设施检修后运行的位移要求,也可提出大震后可修复运行的位移要求。建筑构件采用与结构构件柔性连接,只要可靠拉结并留有足够的间隙,如玻璃幕墙与钢框之间预留变形缝隙,震害经验表明,幕墙在结构总体安全时可以满足大震后继续使用的要求。还可以提高结构在罕遇地震下的层间位移控制值,如国外对抗震设防类别高的建筑,其弹塑性层间位移角比普通建筑的规定值减少 20%~50%。 《抗震规范》附录M对结构抗震性能设计的不同要求做了规定,分别给出在设防烈度地震、罕遇地震时,按照设计值和规范值进行计算的相关公式。 《高规》3.11节最先提出结构抗震性能设计分为1、2、3、4、5五个性能水准,并对每一个性能设计水准规定了具体的计算公式和方法。 《广东高规》3.11节对《高规》的五个性能设计水准给出了更明确的计算公式,比如《广东高规》规定了不同性能水准下的构件重要性系数及承载力利用系数,特别是《广东高规》对第3、第4、第5性能设计水准不再像《高规》那样提出“应进行弹塑性计算分析”的要求,明确了可按线弹性有限元计算出的内力位移进行性能设计的公式,这些规定便于软件实现,使软件可以直接利用线弹性有限元结果进行性能设计。 《上海抗规》附录L对抗震性能化设计做了规定。 二、软件实现 抗震性能设计的计算参数如图3.9.1所示。

钢管混凝土结构特点与应用

钢管混凝土结构的特点与应用 摘要:钢管混凝土结构由于具有一系列优点,近年来在国内外的研究和应用取得了令人瞩目的成果,本文介绍了钢管混凝土结构的特点,论述了钢管混凝土在国内外的研究现状,并探讨了钢管混凝土结构的发展前景。 关键词:钢管混凝土结构;抗震性能;承载力 abstract: concrete filled steel tube structure has a series of advantages, has been made in research and application of the results attract people’s attention in recent years at home and abroad, this paper introduces the characteristics of steel pipe concrete structure, discusses the current research of the concrete filled steel tube at home and abroad, and discusses the steel tube concrete structure development prospect. key words: concrete filled steel tube structure; seismic performance; bearing capacity 中图分类号:tu375文献标识码:a 引言 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。按截面形式不同,可分为圆钢管混凝土,方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。其中矩形钢管混凝土和圆钢管混凝土应用较广。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管

钢管混凝土结构

钢管混凝土结构 1、前言 钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构,它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩,然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。从八十年代末开始,钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。 2、钢管混凝土结构的特点 ,混凝土的抗压强度高,但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。 钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的,仅以常用的一种加载方式为例,对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明,如图l的一根钢管混凝土短试件在轴向力N作用下钢管和核心混凝土随着纵向压

力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变,同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为S S IS 3εμε=,C C C 31εμε=(式中的13,εε分别为纵向、环向应变,μ为材料的泊松比,下标s ,c 分别代表钢管和核心混凝土)。在轴向力N 作用下钢管和核心砼的变形是协调的,即C S 33εε=。钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283),进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。而混凝土的横向变形系数C μ则为变数,可以从低应力时的0.17增加到0.5至1.0甚至大于1.0。由上式可见,钢管混凝土在轴心压力N 作用下,开始时C S μμ>, 钢管 1σ 混凝土2 1 N 图1 试件轴压时的内力状态 故C S 11εε>,但C μ在很快赶上S μ,则S μ=C μ,而C S 11εε=,随后C μ>S μ,S C 11εε>。这说明钢管混凝土在压力N 作用下混凝土向外的横向变形大于钢管向外的横向变形。钢管约束了砼,在钢管与混凝土之间产生了相互作用力P ,称为紧箍力。从而使钢管纵向和径向受压而环向受拉,混凝土则处于三向受压状态。这样一来就大大提高了混凝土的抗压强度,同时塑性性能得到了很大的改善。在工作性质

钢管混凝土结构的特点与应用

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/504017046.html, 钢管混凝土结构的特点与应用 作者:刘北平王艳 来源:《城市建设理论研究》2012年第31期 摘要:钢管混凝土结构由于具有一系列优点,近年来在国内外的研究和应用取得了令人瞩目的成果,本文介绍了钢管混凝土结构的特点,论述了钢管混凝土在国内外的研究现状,并探讨了钢管混凝土结构的发展前景。 关键词:钢管混凝土结构;抗震性能;承载力 Abstract: Concrete filled steel tube structure has a series of advantages, has been made in research and application of the results attract people's attention in recent years at home and abroad, this paper introduces the characteristics of steel pipe concrete structure, discusses the current research of the concrete filled steel tube at home and abroad, and discusses the steel tube concrete structure development prospect. Key words: concrete filled steel tube structure; seismic performance; bearing capacity 中图分类号:TU375文献标识码:A 引言 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。按截面形式不同,可分为圆钢管混凝土,方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。其中矩形钢管混凝土和圆钢管混凝土应用较广。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对核心混凝土的约束作用,使混凝土处于三向受压状态,混凝土的强度得以提高,塑性和韧性得到改善,同时克服了钢管容易发生局部屈曲的缺点。此外,在钢管混凝土的施工过程中,钢管还可以作为浇筑核心混凝土的模板,与钢筋混凝土相比,可节省模板费用,加快施工速度。总之,通过钢管和混凝土组合成为钢管混凝土,不仅可以弥补两种材料各自的缺点,而且能够充分发挥二者的优点。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。 钢管混凝土结构的优点 (1)、承载力高。钢管混凝土构件受压时,由于产生紧箍效应,核心混凝土三向受压,强度大大提高,钢管延缓和避免了过早发生局部屈曲。两种材料互相弥补了彼此的缺点,充分发挥了彼此的长处,从而使钢管混凝土具有较高的承载力,一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。 (2)、具有良好的塑性和抗震性能。在钢管混凝土构件轴压试验中,试件压缩到原长的2/3,构件表面已褶曲,但仍有一定的承载力,可见塑性非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循

钢管混凝土结构抗震性能

南昌大学研究生2015~2016学年第二学期期末 读书报告 课程名称:混凝结构理论与应用专业:建筑与土木工程 学生姓名:李海学号:4160146150 学院:建筑工程学院得分: 任课教师:熊进刚时间:2016年6月

钢管混凝土结构抗震性能研究 摘要: 介绍了钢管混凝土组合结构的特点,综述了国内外钢管混凝土结构的抗震性能的研究现状; 分析了其存在的问题和实用价值,展望了钢管混凝土结构发展趋势和应用前景; 指出了进一步研究的方向。 关键词: 组合结构; 钢管混凝土结构; 抗震性能; 工程应用 Abstract:This paper presents the characteristics of steel concrete composite structures, review the status of research on seismic behavior of domestic and foreign steel concrete structure; analyzes the problems and practical value, the prospect of the development trend of steel and concrete structures prospects; points out further research direction. Keywords:composite structure; steel concrete structure; seismic performance; engineering applications 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件,按截面形式不同,可分为圆钢管混凝土,方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土、螺旋配筋混凝土和钢管结构的基础上演变和发展起来的,利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下,从而使混凝土的强度得以提高,塑性和韧性性能大为改

钢管混凝土结构技术规范

.. . word. GB50936-2014钢管混凝土结构技术规 应知条文 必会条文 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前,其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60%,并应满足稳定性要求。 4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件,应采取有效措施减小钢管混凝土收缩对构件受力性能的影响。 5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件,当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50%及以上时,由于混凝土变的影响,钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。 7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和衬钢管段,衬钢管段也可兼作为抗剪连接件,并应符合下列规定: 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝,坡口可取35°,直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝; 2 衬钢管仅作为衬管使用时(图7.2.1a ),衬管管壁厚度宜为4mm ~6mm ,衬管高度宜为50mm ,其外径宜比钢管径小2mm ; 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板;2-衬钢管 3 衬钢管兼作为抗剪连接件时(图7.2.1b ),衬管管壁厚度不宜小于16mm ,衬管高度宜为100mm ,其外径宜比钢管径小2mm 。 7.2.2 不同直径钢管对接时,宜采用一段变径钢管连接。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板,变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚,变径段的斜度不宜大于1:6,变径3.1.4 抗震设计时,钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定: 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85; 2 钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20%; 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 9.4.1 钢管混凝土结构中,混凝土禁使用含氯化物类的外加剂。

钢管混凝土结构特点及应用

钢管混凝土结构特点及应用 【摘要】在钢管中充填混凝土的结构称为钢管混凝土结构。钢管混凝土结构是从型钢混凝土结构及螺旋箍柱发展而来的。本文对钢管混凝土结构在建筑中广泛应用进行探讨。 【关键词】钢管混凝土结构;建筑;性能 0.前言 国外最早应用型钢混凝土结构,主要是用混凝土来保护钢结构,使之防火性能及防腐蚀性能得到大大改善,不必要进行经常性的、工作量很大的日常维护。后来在结构中才主要利用混凝土来提高结构刚度,以减小结构的侧移。将型钢混凝土用于高层、超高层及高耸钢结构中,以及用于地震区的建筑中,将使建(构)筑物的侧移大大减小。一般在混凝土中再不配纵向钢筋与钢箍。所用钢管一般为薄壁圆钢管或方钢管。方钢管混凝土结构的研究与应用历史较短,尽管其与圆钢管混凝土相比有一定的优点,钢管的制作,节点的构造较为简单,对某些受力构件,大偏心受压构件比圆钢管受力性能要好,不必一定做成双肢或多肢柱。 1.钢管混凝土结构计算模型假设 对于实心钢管混凝土的研究,国内有学者提出钢管混凝土统一理论,即将钢和混凝土视为一种组合材料来研究其综合力学性能。 钢管混凝土统一理论有如下基本假设: (1)钢管混凝土可视为一种组合材料。可以由构件的工作曲线来研究其组合力学性能指标,由整个构件的形常数来计算其承载力。 (2)钢管混凝土构件在不同荷载组合作用下的性能变化是连续、统一的。 (3)钢管混凝土构件的性能随几何参数如长细比、含钢率等的变化是连续、统一的。 (4)钢管混凝土构件的性能变化随其截面形状如圆形、多边形、方形的改变是连续、统一的。 根据这些假设,统一理论研究的基本思路是:首先分别确定钢材和核心混凝土的应力-应变关系模型,再将应力—应变关系模型编入数值计算的程序当中,利用数值分析方法计算出构件受轴压(拉)、纯弯、纯扭或纯剪的荷载-变形关系曲线,进而由荷载-变形关系曲线导出钢管混凝土各项综合力学性能指标(如轴压模量及强度指标,抗弯刚度及抗弯模量等)。由于计算时采用的核心混凝土的应力-应变关系模型中考虑了钢材对混凝土的约束作用,所以在综合荷载-变形关系中也就包含了这种作用效应,因而在各项综合力学性能指标中也包含了这种效应,比较符合实际应用。 2.钢管混凝土结构的优点 2.1受力合理 能充分发挥混凝土与钢材的特长,从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言,对于同样的负荷,钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管,保证了薄壁钢管的局部稳定,使其弱点得到了弥补。

钢管混凝土结构技术规范

专业资料 GB50936-2014钢管混凝土结构技术规 应知条文 必会条文 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前,其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60%,并应满足稳定性要求。 4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件,应采取有效措施减小钢管混凝土收缩对构件受力性能的影响。 5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件,当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50%及以上时,由于混凝土变的影响,钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。 7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和衬钢管段,衬钢管段也可兼作为抗剪连接件,并应符合下列规定: 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝,坡口可取35°,直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝; 2 衬钢管仅作为衬管使用时(图7.2.1a ),衬管管壁厚度宜为4mm ~6mm ,衬管高度宜为50mm ,其外径宜比钢管径小2mm ; 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板;2-衬钢管 3 衬钢管兼作为抗剪连接件时(图7.2.1b ),衬管管壁厚度不宜小于16mm ,衬管高度宜为100mm ,其外径宜比钢管径小2mm 。 7.2.2 不同直径钢管对接时,宜采用一段变径钢管连接。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板,变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚,变径段的斜度不宜大于1:6,变径3.1.4 抗震设计时,钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定: 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85; 2 钢材应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20%; 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 9.4.1 钢管混凝土结构中,混凝土禁使用含氯化物类的外加剂。

某高层钢筋混凝土结构抗震性能分析

某高层钢筋混凝土结构抗震性能分析 本文以武汉市某新建大型高档住宅社区项目为例,利用ETABS软件和SATWE软件分别计算结构在多遇地震作用下的反应,对结构在地震作用下的位移和反应进行分析,判断结构在多遇地震作用时安全可靠。 标签:高层;钢筋混凝土结构;多遇地震 1 概述 武汉某新建大型高档住宅社区项目的1号楼的1-3单元层数为56层,平面呈现为“T”型,最大的长度为33米,最大宽度为20米,该楼41层处(标高为128.45米)沿长度方向逐渐缩进,建筑高度为180米。结构平面如图1所示。 根据《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的要求,该社区1号楼属于超限高层建筑。同时,由于该楼的结构平面和立面布置不规则,结构有偏心现象,受力复杂,应当对其进行地震模拟计算分析,为结构设计采取合理的抗震措施提供依据。 2 工程概况 本文以该小区1号楼的1-3单元为研究对象,该结构的地下部分为两层,地上部分为56层,在本次的计算分析当中,我们以地上部分为主要研究对象,进行多遇地震下结构内力与变形的弹性分析。 该结构为全部落地的钢筋混凝土剪力墙结构,混凝土强度等级沿高度逐渐变化,混凝土强度等级沿高度变化见下表1。由上图1可以看出,结构在竖向管井、电梯间筒体、楼面外墙和部分内隔墙处设置有剪力墙,楼盖全部采用现浇钢筋混凝土梁板结构剪力墙的厚度为300毫米。该结构的地上首层层高为5.5米,2-20层层高为3.1米,21-55层层高为3.2米,顶层层高为3.25米。根据地质勘探报告,该结构的设计地震分组为第一组,抗震设防烈度为6度,场地类型为Ⅲ类,建筑场地特征周期Tg为0.45s,结构的弹性阻尼比ξ为0.05,结构水平地震影响系数最大值见下表2。 3 建模计算 本文利用SATWE和ETABS对结构进行众值烈度地震下反应谱的分析,在进行内力建模分析时,梁柱采用框架单元进行模拟,现浇钢筋混凝土楼板采用壳单元进行模拟,为了考虑剪力墙进行塑性时的性能,使用模拟框架来代替剪力墙。对于截面高度是h,宽度是b,厚度是t的剪力墙,模拟框架的计算见图如图2所示。

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