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半刚性连接钢框架—混凝土核心筒受力性能研究

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目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 半刚性连接的基本概念

1.2.1 半刚性连接的节点形式

1.2.2 半刚性连接的性能特征

1.3 各国规范对半刚性连接的规定

1.3.1 欧洲规范

1.3.2 美国规范

1.3.3 日本规范

1.3.4 中国规范

1.4 国内外研究现状

1.4.1 半刚性连接的性能研究现状

1.4.2 半刚性连接结构的性能研究现状

1.5 本文研究的主要内容

第2章 半刚性连接混合结构理论分析

2.1 带半刚性连接梁单元刚度矩阵的推导

2.1.1 梁柱单元的基本微分方程

2.1.2 梁柱单元的转角位移方程

2.1.3 带半刚性连接的梁单元刚度矩阵

2.2 连接半刚性对混合结构性能的影响机理

2.3 半刚性连接混合结构的整体刚度特征

2.4 外伸端板连接的有限元分析

2.4.1 外伸端板连接初始刚度简化计算公式

2.4.2 有限元模型的建立

2.4.3 有限元结果分析

2.5 本章小结

第3章 半刚性连接钢框架-混凝土核心筒的静力与动力性能分析

3.1 模型建立及连接刚度工况的设定

3.2 模型结构的整体刚度及自振特性分析

3.2.1 半刚性连接对结构整体刚度的影响

3.2.2 半刚性连接对结构自振周期的影响

3.3 模型结构在风荷载作用下的性能分析

3.3.1 半刚性连接对楼层侧移的影响

3.3.2 半刚性连接对层间位移角的影响

3.3.3 半刚性连接对抗侧力结构层剪力及层弯矩的影响

3.4 模型结构在地震作用下的性能分析

3.4.1 半刚性连接对楼层侧移的影响

3.4.2 半刚性连接对层间位移角的影响

3.4.3 半刚性连接对整体结构层剪力和层弯矩的影响

3.4.4 半刚性连接对抗侧力结构层剪力及层弯矩的影响

3.4.5 半刚性连接对框架柱附加轴力的影响

3.5 模型结构的弹性动力性能分析

3.5.1 地震波的选择

3.5.2 阻尼体系及时间积分方法

3.5.3 半刚性连接对结构位移反应时程及包络的影响

3.5.4 半刚性连接对整体结构内力时程及包络的影响

3.5.5 半刚性连接对框架柱附加轴力时程及包络的影响

3.6 本章小结

第4章 连接的半刚性对钢框架-混凝土核心筒性能影响的定量分析

4.1 参数符号定义

4.2 连接半刚性对结构自振周期的定量分析

4.3 风荷载作用下连接半刚性对结构影响的定量分析

4.3.1 不同连接刚度下结构顶层侧移定量分析

4.3.2 不同连接刚度下结构最大层间位移角定量分析

4.3.3 不同连接刚度下核心筒与框架最大层剪力定量分析

4.3.4 不同连接刚度下核心筒与框架底层倾覆弯矩定量分析

4.4 地震作用下连接半刚性对结构影响的定量分析

4.4.1 不同连接刚度下的结构顶层侧移定量分析

4.4.2 不同连接刚度下结构最大层间位移角定量分析

4.4.3 不同连接刚度下结构最大层剪力与底层倾覆弯矩定量分析

4.4.4 不同连接刚度下核心筒最大层剪力与底层倾覆弯矩定量分析

4.4.5 不同连接刚度下框架最大层剪力与底层倾覆弯矩定量分析

4.5 连接半刚性对风荷载和地震作用下结构性能影响的对比分析

4.6 地震作用下结构梁柱连接的刚性判别准则

4.7 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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摘要

钢框架-混凝土核心筒高层混合结构是近年来中国最常用的高层建筑结构体系。然而,对这种结构的分析与设计还主要基于梁柱刚性连接假定,与实际工程中梁柱连接常常呈现出一定程度的半刚性的事实不符。而专门针对这类结构考虑连接半刚性影响的系统研究还不足。鉴于此,本文总结了国内外学者关于半刚性连接性能和半刚性连接结构性能方面的研究成果以及各国规范对半刚性连接的规定,对外伸端板连接钢框架-混凝土核心筒高层混合结构的静力与动力性能进行了研究。主要完成了以下工作:
  (1)以连接M-θr曲线线性模型及弹性小变形理论为基础,对半刚性连接混合结构进行了理论分析。在引入连接约束系数r后,推导了两端带半刚性连接梁单元刚度矩阵,并提出了连接半刚性对混合结构影响的机理;推导了半刚性连接混合结构的刚度特征值;利用ABAQUS程序对五个外伸端板连接进行了三维非线性有限元分析,得到了连接M-θr曲线并验证了文献[5]中外伸端板连接初始刚度公式的准确性。
  (2)利用文献中的外伸端板连接初始刚度公式,计算得到了满足《端板式半刚性连接钢结构技术规程》(CESC260:2009)中构造要求连接的初始刚度及对应的约束系数值,并以此设置了二十三个连接刚度工况。采用SAP2000程序建立了一个30层的钢框架-混凝土核心筒高层结构模型,对不同连接刚度工况结构进行了风荷载作用分析、地震作用反应谱分析及弹性动力时程分析。
  (3)通过上述分析得到了不同连接刚度工况结构的刚度特征和自振周期;得到了风荷载和地震作用下结构的楼层侧移、层间位移角、整体结构内力、核心筒内力、钢框架内力;得到了EL-CENTRO波下结构的位移、内力反应时程及包络曲线;进一步总结出了连接半刚性对结构静力和动力性能影响的定性规律。
  (4)通过对风荷载及地震作用下连接半刚性对结构的性能影响进行定量分析,得到了结构前二阶自振周期、顶层侧移、最大层间位移角、整体结构最大内力、核心筒最大内力、框架最大内力及其相对于刚性连接结构的变化系数与约束系数r及连接刚度Rk的拟合关系式。并基于这些拟合公式对连接半刚性在两种不同水平作用下对结构的影响进行了对比分析。最终提出了地震作用下结构梁柱连接的刚性判别准则。

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