异形钢管混凝土中框架静力弹塑性分析.pdf

5 6 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1 2期 ( 总第 2 1 0期 ) D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i d w j z 2 0 1 5 1 2 0 2 1 异形钢管混凝土中框架静力弹塑性分析 张莉 ， 伍凯 ， 张贺 ， 于毅 ， 王锐 ( 1 苏州建设交通高等职业技术学校 建筑工程系 ， 江苏苏州9 1 5 1 0 4 2 河海大 学 土木与交通学院， 南京2 1 0 0 9 8 ) 【 摘要】 在建筑结构中应用异形截面钢管混凝土结构， 可以增加房间使用面积， 方便装修， 达到美化室内 环境的效果。为研究异形钢管混凝土框架结构的性能， 对中框架进行了静力弹塑性 ( P u s h o v e r ) 分析。主要研究了 柱肢宽厚比、 梁柱屈服弯矩比等因素对框架性能的影响。分析了P u s h o v e r 曲线、 刚度、 延性以及破坏机制。分析结 果表明， 异形钢管混凝土框架承载力高、 弹塑性层问变形能力强 ， 延性 良好， 具备较好的抗震性能。提高柱肢宽厚 比或梁柱屈服弯矩比， 可显著提高框架的水平承载力； 增大柱肢宽厚比， 可增大框架的刚度， 而梁柱屈服弯矩比对 刚度影响较小。增大柱肢宽厚比， 框架的延性增大； 随着梁柱屈服弯矩比的变化， 位移延性系数呈现先升后降的 变化趋势， 当梁柱屈服弯矩比为0 6时， 框架具备较佳的屈服后变形能力。 【 关键词】 钢管混凝土； 异形柱框架； P u s h o v e r 分析； 承载力 ； 延性 【 中图分类号】 T U 3 7 5 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 5 6 0 3 钢管混凝土柱是在 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构件。 钢管混凝土 柱利 用钢 管与 混凝 土在 受力 过程 中 的组 合作用 ， 充分发挥两种材料的优点。钢管的约束作用 不仅有效地提高了混凝土的强度 ， 而且改善了混凝土 的塑性和韧性 ， 内填混凝 土则有效避 免或延 缓 了钢 管 的局部屈曲， 从而具备承载力高 、 抗震性能好、 施工方 便等诸多优越性。随着社会的发展和居民生活水平的 逐步提高， 人们普遍希望框架结构内部平整光滑、 整齐 美观 ， 达到大开 问、 大净空的要求 。为了满足承载力和 美观性的双重要求， 形成了异形钢管混凝土柱的设计 思想 ， 通常角柱采用 L形截面、 边柱采用 T形截面、 中 柱采用十字形截面 。 异形钢管混凝土柱结构 已运用到实际工程中， 如 广州 明汇商业 大厦 的设 计 中就采 用 了带 约束 拉杆 的 异形钢管混凝土柱 。欧美 、 日本 等一些发达 国家 ， 主要 研究了方钢管、 圆钢管及矩形钢管混凝土结构的受力 性能 ， 而对异形钢管混凝 土结构 的研究 主要集 中在 国 内。同济大学、 华南理工大学 、 天津大学 分别对异 形钢管混凝土柱进行了研究。本文采用大 型通用有限 元分析软件 s a p 2 0 0 0 ， 建 立异 形 钢管 混凝 土 中框 架 的 模型， 研究柱肢宽厚比、 梁柱屈服弯矩比等因素对其抗 震性能 的影响 。 1 计算模型 建立 了 9榀 2 跨 3层的异形 钢管混凝土 中框架缩 尺模型 ， 用于研究异形钢 管混凝土 中框架 在 8度罕 遇 地震 作用 下 的反 应。模 型 跨 度 2 4 m， 底层 层 高 1 6 m， 2 、 3层层 高 1 2 m。框 架 柱采用 钢管混 凝 土柱 ， 边柱为 T形 ， 中柱为十字形。框架梁采用钢梁 ， 梁宽 与柱肢厚度相同。图 1 给出了中框架模型的立面图。 边柱 、 中柱轴压 比 n分别为 0 2和 0 4 ， n=N ( LA 十 A 。) 。 N为柱顶施加 的轴压力 ； A 为混 凝土截 面面积 ； A 为钢管的截面面积 为混凝土的轴心抗压强度 为钢管的抗压强度。 J G J 1 4 92 0 0 6 ( 混凝土异形柱结构技术规程中 将 异形柱定义为宽厚 比h b 不大于4的异形截面柱 。 为研究不同柱肢宽厚 比对异形钢管混凝土中框架静 力弹塑性性能的影响， 分别采用h b=2 5 、 3 0 、 3 5的 柱截面进行分析。 图 1异彤钢臂摁凝土中框架模型 为保证结构的破坏机 制为延性 较好 的“ 梁铰 ”机 制 ， G B 5 0 0 1 02 0 1 0 ( 建筑抗震设计规范 通过柱端弯 矩增大系数来提高柱子的抗弯承载力。 框架梁柱屈服 弯矩 比是一个 能够 反 映梁柱 节点 处 弹塑性 发展 以及 塑性铰出现顺序的重要参数。 在保证其他参数不变的 前提下 ， 通过改变钢梁尺寸调整梁柱屈服弯矩比 Y ， 并设定 Y 分别为 0 4 、 0 6和 0 8 。 基金项 目】 国家 自然科学基金 资助项 目( 5 1 2 0 8 1 7 5 ) ；中国博士后基金 资助项 目( 2 0 1 2 M5 1 1 1 8 6 ) 一 一 一 一 一广 杨明福等： 双柱墩地系梁对梁桥地震响应分析 5 9 DOI ： 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i d w j , , 2 0 1 5 1 2 0 2 2 双柱墩地 系梁对 梁桥 地震 响应分析 杨 明福 ， 彭剑涛， 魏中臣， 宁晓骏 ( 昆明理工大学建筑 1- 程学院 ， 昆明6 5 0 5 0 0) 【 摘要】 为分析双柱墩不同道数地系梁对梁桥地震响应的影响， 确定合理的地系梁道数。以昆明滇池附 近的某连续箱梁桥为研究对象， 分别建立桥梁在不同道数地系梁下的有限元计算模型， 运用反应谱法在 E l ， E 2 地 震作用下对桥墩加速度、 桥墩顶位移、 桥墩塑性铰区强度等进行计算分析。计算结果表明设置地系梁减小了桥墩 沿横桥向的位移但同时增加了桥墩加速度和桥墩剪力， 在抗剪强度满足要求的前提下 ， 应尽量减小桥墩顶位移， 当设置二道地系梁能有效减小桥墩沿横桥向的位移， 同时考虑到地系梁越多施工难度越大， 技术要求也越高， 无 特殊要求设置二道地系梁是较合理的。 【 关键词】 地系梁； 桥梁抗震； 反应谱法 ； 地震响应 【 中图分类号】 T U 3 1 1 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 5 9 0 4 在人们 日常生活中， 粱桥采用双柱墩的形式非常 普遍， 随着当前地震灾害影响越来越严重， 人们更加重 视桥梁的抗震分析， 目前对双柱墩式梁桥的抗震研究 主要集中在桥墩刚度 的分析计算 ， 桥墩尺寸 的优 化 ， 桥墩形式 的选取 ， 和桥墩横系梁对桥梁抗震 的影响分析 等， 由于本工程位于滇池附近， 受滇池 地下水和地质条件等因素的影响， 部分设计人员提出 在地面以下设置桩间系梁( 又称地系梁 ) 来改善桥梁 的抗震性能， 为更好地研究地系梁对梁桥地震响应的 影响， 寻求合理的地系梁道数， 同时设置不同道数的地 系梁也会影响施工 的难 度和费 用 ， 因此文 章研 究双柱 墩的地系梁道数对梁桥的地震响应的影响分析具有 一 定的实际工程意义。 1 工程背景 本桥位于昆明滇池附近， 上部构造为等截面单箱 单室预应力混凝土连续箱梁， 顶板宽 l O i n ， 底板宽 6 m， 梁高 1 6 m， 跨径布置为 2 5 m+3 0 m+2 2 m， 桥梁全长 7 7 m， 下部结 构 采 用 桩 柱 式 桥 墩 ， 直 径 1 2 m 的 柱 接 1 5 m的钻孔灌 注桩 ， 柱顶 无盖梁 直接安放 支座 ， 桥 台 采用重力式桥台， 扩大基础。本桥立面图如图 1 所示。 箱梁截 面图如 图 2所示 。 2 反应 谱的选 择 本区域所在地抗震设防分类为乙类 ， 场地类型为 类 ， 抗震设防烈度为度 ， 按 公路桥梁抗震设计细 基金项目 国家自然科学基金项目( 5 1 0 6 8 0 1 2 ) ； 云南省交通厅科技项目( 2 o 1 3 ( e ) 0 7 ) 3结 语 ( 1 ) 提高柱肢宽厚比可以显著提高框架的水平 承载力和刚度 ； 当梁柱屈服弯矩比增大时， 框架的水平 承载力和侧移刚度具有显著提升。 ( 2 ) 梁柱屈服弯矩 比影 响框架 塑性 铰的 出现顺 序 ， 当梁柱屈服弯矩比为 0 4 、 0 6时， 框架能保证“ 强 柱弱梁 ” 的设计准则 ， 且有 较高 的承载力 和变形能力 。 设计时应保证梁柱屈服弯矩 比不超过 0 8 ， 使框架破 坏呈现“ 梁铰” 机制。 ( 3 ) 随着柱肢宽厚比的增大， 框架的延性增大。 但框架的位移延性系数随梁柱屈服弯矩比的增大呈 现先升后降的趋势。当梁柱屈服弯矩 比为 0 6时， 框 架 的屈服后 变形能力较好 。 参考文献 1 王丹， 吕西林 T形、 L形钢管混凝土柱抗震性能试验研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 5 ， 2 6( 4) ： 3 9 4 4 2 杜国锋， 徐礼华， 徐浩然， 等 组合 T 形截面钢管混凝土柱偏 心受压试验研究 J 建筑结构学报， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 7 ) ： 7 2 7 7 3 蔡健， 左志亮， 赵小芹 ， 等 带约束拉杆 L形钢管混凝土短柱 偏压试验研究 J 建筑结构学报 ， 2 0 1 1 ， 3 2 ( 2 ) ： 8 3 9 O 4 王玉银， 杨远龙， 张素梅， 等 T形截面钢管混凝土柱抗震性 能试验研究 J 建筑结构学报， 2 0 0 9 ， ( S 1 ) ： 3 5 6 3 5 7 5 杨远龙 ， 王玉银 ， 张素梅 钢筋加劲 T形截面钢管混凝土柱抗 震性能试验研究 J 建筑结构学报， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 4 ) ： 2 3 3 0 6 J G J 1 4 9 2 0 0 6 ， 混凝土异形柱结构技术规程 s 7 刘祖强， 薛建阳， 倪茂明， 等实腹式型钢混凝土异形柱边框 架拟静力试验及有限元分析 J 建筑结构学报， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 8 ) ： 2 33 0 【 收稿 日期 】 2 0 1 5 0 82 8 作者简介 张莉( 1 9 8 9一) ，女 ， 江 苏泰州人 ， 硕 士 ， 助教 从事钢结构与组合结构的研究 。