半剛性連接混合結(jié)構(gòu)的地震性能研究

摘 要：本文利用SAP2000軟件建立了一個(gè)三十層的鋼框架-混凝土核心筒高層結(jié)構(gòu)模型，對(duì)各種連接剛度參數(shù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震作用反應(yīng)譜分析。得到了不同連接剛度參數(shù)結(jié)構(gòu)在地震作用下的樓層側(cè)移和樓層剪力，得出了連接半剛性對(duì)結(jié)構(gòu)地震性能影響的定性規(guī)律。通過定量分析，得到了結(jié)構(gòu)頂層側(cè)移和整體結(jié)構(gòu)最大層剪力及其相對(duì)于剛性連接結(jié)構(gòu)的變化系數(shù)與約束系數(shù)及連接剛度的擬合關(guān)系式。

關(guān)鍵詞：半剛性連接；混合結(jié)構(gòu)；初始剛度；約束系數(shù)；擬合

中圖分類號(hào)：TU352.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0296-02

1 引 言

近年來(lái)，鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系已成為我國(guó)最常用的高層結(jié)構(gòu)體系，如已建的上海中心大廈和在建的武漢綠地中心。然而迄今為止，實(shí)際設(shè)計(jì)工作中對(duì)混合結(jié)構(gòu)的分析還基于梁柱剛接或鉸接的假定之上。而實(shí)際上，梁柱連接都是半剛性的。這種半剛性的存在將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力性能發(fā)生變化。如果將梁柱連接理想化，將導(dǎo)致較大的誤差，甚至得到錯(cuò)誤的結(jié)果。

鑒于此，本文以外伸端板連接作為連接構(gòu)造，對(duì)半剛性連接混合結(jié)構(gòu)的地震性能進(jìn)行研究，以期為準(zhǔn)確的內(nèi)力分析提供理論支撐，同時(shí)使混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更接近真實(shí)受力情況。

2 半剛性連接混合結(jié)構(gòu)模型的建立

2.1 基本分析模型的建立

本文利用SAP2000軟件建立了一個(gè)三十層鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)作為基本模型，標(biāo)準(zhǔn)層高為3.6m，總高度為108m?？蚣苤捎梅戒摴苤?，角柱規(guī)格為□800×800×65，其它柱規(guī)格為□700×700×60，主鋼梁規(guī)格為H700×300×13×24?；炷梁诵耐矇χ穸葹?00mm，組合樓板厚度為120mm，混凝土等級(jí)為C30，鋼材采用Q345B。樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值取2.5kN/m，折算樓面恒載標(biāo)準(zhǔn)值取10kN/m。結(jié)構(gòu)處于Ⅱ類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，特征周期值為0.35s，基本設(shè)防烈度為7度（0.10g），折算阻尼比取4.5%?；灸Ｐ徒Y(jié)構(gòu)平面圖見圖1。

2.2 半剛性連接混合結(jié)構(gòu)模型的建立

為了分析不同連接剛度下混合結(jié)構(gòu)的性能，對(duì)上述分析基本模型的梁柱間設(shè)定不同的剛度參數(shù)，則形成了帶不同連接剛度外伸端板連接的高層混合結(jié)構(gòu)模型。本文共選取17個(gè)剛度參數(shù)，通過SAP2000軟件指定梁柱連接的節(jié)點(diǎn)區(qū)來(lái)模擬梁柱半剛性連接，則得到17個(gè)帶不同連接剛度的半剛性混合結(jié)構(gòu)模型。

剛度參數(shù)1為完全剛接，Rk為∞，相應(yīng)r=1；剛度參數(shù)17為理想鉸接，Rk為0，相應(yīng)r=0。而介于剛度參數(shù)1和剛度參數(shù)17之間的剛度參數(shù)為不同e（梁翼緣上下螺栓間距）和tp（端板厚度）條件下的剛度參數(shù)。

由于半剛性連接的影響，混合結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)也將發(fā)生變化，為了得到連接半剛性對(duì)各響應(yīng)的影響規(guī)律，本文將分析不同連接剛度下響應(yīng)隨樓層的變化規(guī)律，并對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的最大值與連接剛度及其約束系數(shù)進(jìn)行擬合，得到各響應(yīng)最大值與約束系數(shù)的擬合關(guān)系。

3 地震作用下混合結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)移

圖2為半剛性連接混合結(jié)構(gòu)在地震作用下的樓層側(cè)移曲線。從圖中可以看出：隨著連接剛度的降低，各層側(cè)移將變大，側(cè)移曲線形態(tài)從彎剪形向彎曲型變化，結(jié)構(gòu)的受力性能特征逐漸向純剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?？梢姡B接的半剛性對(duì)地震作用下結(jié)構(gòu)樓層側(cè)移有顯著的影響。

6 結(jié) 論

本文對(duì)半剛性連接混合結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能進(jìn)行了分析，主要得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

（1）半剛性連接對(duì)地震作用下混合結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)移和層間位移角有顯著的影響。隨著連接剛度的降低，結(jié)構(gòu)的整體剛度將降低，這就導(dǎo)致樓層側(cè)移和層間位移角均有不同程度的增大。分析表明，結(jié)構(gòu)的頂層側(cè)移和最大層間位移角和約束系數(shù)r呈線性關(guān)系，各自的增大系數(shù)與r亦呈線性關(guān)系。

（2）半剛性連接對(duì)地震作用下混合結(jié)構(gòu)的樓層剪力有不同程度的影響。隨著連接剛度的降低，結(jié)構(gòu)的整體剛度將降低，與此同時(shí)結(jié)構(gòu)的自振周期將增大，這兩個(gè)方面的原因?qū)е碌卣鹱饔孟陆Y(jié)構(gòu)的樓層內(nèi)力降低。分析表明，整體結(jié)構(gòu)的最大層剪力與約束系數(shù)r呈2次多項(xiàng)式關(guān)系。最大層剪力降低系數(shù)與r呈2次多項(xiàng)式關(guān)系。

（3）連接半剛性的存在使得結(jié)構(gòu)的整體剛度降低，而整體剛度的降低又將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震作用降低。在這兩重影響下，結(jié)構(gòu)的最大位移反應(yīng)均將有較大幅度的增大；最大層剪力略微降低。

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收稿日期：2018-4-16

作者簡(jiǎn)介：李 新（1987-），男，工程師，研究生，主要從事輸電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。