组合深梁抗震性能试验与计算理论研究

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1、分类号:TU310710-2011028004博士学位论文组合深梁抗震性能试验与计算理论研究刘源导师姓名职称郑宏教授申请学位级别工学博士学科专业名称结构工程论文提交日期2015年3月10日论文答辩日期2015年5月23日学位授予单位长安大学StudyontheTheoreticalResearchandHystereticBehaviorsofthesteel–concretecompositedeepbeamsADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：LiuYuanSuper

2、visor：Prof.ZhengHongChang’anUniversity,Xi’an,China摘要钢－混凝土组合深梁作为一种水平抗侧力构件，是由钢板和混凝土板通过高强螺栓摩擦型连接而成的，其在框架结构中的位置与剪力墙相同。通过改变深梁跨高比，得到不同的抗侧移刚度，满足各种刚度要求，实现了宽范围的刚度渐变调幅。通过采用不同强度等级的钢材和混凝土，可以获得不同的承载力、延性和耗能能力。外侧预制钢筋混凝土板替代了钢板的加劲肋，可以有效阻止钢板屈曲，从而可以不需设置复杂的加劲肋进而充分发挥钢板的材料性能；钢筋混凝土板可以在工厂预制，现场通过

3、高强螺栓摩擦型与钢板连接。组合深梁在水平地震作用下的横向荷载由钢板承担，混凝土板不承担水平地震作用而作为钢板的平面外支撑，在正常使用阶段混凝土板对钢板起到防火保护的作用。钢－混凝土组合深梁布置灵活，便于过道和门窗的布置，既可用于新建结构，又可用于结构加固，具有理论研究价值和广阔的应用前景。本文基于深梁在国内外的研究进展和现状，阐明钢－混凝土组合深梁作为内填构件的发展、基本构成以及工作机理。通过拟静力往复加载的试验方法，分别对2组跨高比分别为2.0和1.0的钢板-混凝土组合深梁以及该深梁内填于钢框架中进行试验研究。通过分析各构件的滞回曲线、

4、骨架曲线、应力分布规律、变形特征、延性系数以及能量耗散系数等，研究不同高宽比的组合深梁滞回性能。基于有限元分析软件Ansys的接触算法，综合考虑初始缺陷、刚度退化等多种非线性因素对实际深梁的影响，对组合深梁试验模型进行了低周往复荷载作用下的计算机有限元模拟，并将计算结果与试验数据进行比对。结果表明，非线性有限元分析软件Ansys能够较真实地反映结构的拟静力滞回性能，结果真实可靠。对组合深梁结构通过有限元模拟的方法进行了系列参数扩展分析，分别模拟不同参数下的钢板、混凝土板跨高比变化，高厚比变化，钢板、混凝土材料变化、钢板和混凝土板间螺栓连接

5、形式以及组合深梁布置方式，得出多参数对组合深梁滞回性能的影响。在拟静力加载试验所得数据的基础上，对5组深梁试验构件的骨架曲线和每一级往复荷载作用下的刚度进行拟合，结果表明：采用刚度退化的三折线模型能够较完善表达组合深梁结构的非线性行为，可以通过试验及理论计算数据拟合出组合深梁的恢复力模型骨架曲线和刚度退化规律，便于在实际工程中运用组合深梁，并为弹塑性分析奠定基础。I在组合板简化计算条带模型的基础上，推导出组合深梁结构填充钢框架的三种简化计算模型计算公式及其初始刚度。基于组合深梁低周反复荷载试验数据，对三种模型进行Ansys有限元计算分析，

6、结果表明：三种简化计算模型具有明确物理意义，能够反应组合深梁实际情况且易于计算，但各有侧重。等效支撑简化模型可以较为准确地模拟组合深梁的初始刚度以及屈服，人字型支撑简化计算模型可以较好模拟组合深梁非线性行为。基于三维结构非线性分析软件Abaqus，通过在实际工程中运用组合深梁结构，对实际超限高层结构项目进行罕遇地震作用下的动力弹塑性分析。得到结构基底剪力响应、顶点及层间侧移响应、结构核心筒的损伤过程等。结果表明：组合深梁结构通过发挥其刚度调幅作用，能够改善结构的抗侧性能，调整框架-核心筒结构的外周框架的地震力分配，能够更好地实现外框第二道

7、抗震防线的作用。关键词：钢－混凝土组合深梁，低周反复荷载试验，滞回性能，时程分析，有限元分析，恢复力模型※本课题为国家自然科学基金资助项目（项目编号：50678025）陕西省外国专家局留学人员科技活动择优资助项目（项目编号SLZ2008008）IIAbstractCompositedeepbeamsarecomposedwithsteelplateandconcreteslabwhichconnectedbyhighstrengthfrictiongripbolt.Compositedeepbeamshavethesameplacemen

8、twithshearwallsinframestructure.Bychangingwidthofthedeepbeam,wecouldhavedifferentlateralstiffnes