钢管混凝土柱对钢框架结构抗震性能的影响

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钢管混凝土结构构件抗震能力的研究与优化

钢管混凝土结构构件抗震能力的研究与优化由于地震的频繁发生，钢管混凝土结构的抗震能力备受关注。

在构件的设计和优化方面，有各种方法和技术可以利用来提高其抗震能力。

本文将探讨一些研究和优化方法，以提高钢管混凝土结构构件的抗震能力。

首先，钢管混凝土结构中的钢管表现出了优异的抗震能力，因为它们可以承受很大的压力和剪力，即使在较大的位移下也不会断裂或破坏。

相比之下，混凝土在弯曲和剪切力下的抗力较小。

因此，运用钢管混凝土增强构件的抗震能力已成为一种广泛应用的方法。

其次，在钢管混凝土构件中采用预应力钢筋同样可以提高其抗震能力。

通过在钢管混凝土中引入预应力钢筋，可以控制构件的形变和破坏，从而增加抗震能力。

此外，预应力钢筋强度高，可增加构件的刚度和强度，减少位移和破坏。

此举有助于改善构件的力学性能，提高其抗震性能。

第三，金属衬板的使用也是提高钢管混凝土结构构件抗震能力的方法之一。

金属衬板通过强化混凝土外表面来提高其抗震能力。

金属衬板具有很高的刚度和强度，可以承受很大的压力、剪力和弯曲力。

此举可增加构件的整体刚度和强度，提高其抗震能力。

不过，在使用金属衬板时，必须注意其与钢管混凝土之间的粘结问题，以确保整个结构的稳定性。

最后，纤维增强复合材料(FRP)的应用也是一种成熟的方法来提高钢管混凝土结构构件的抗震能力。

FRP具有轻重量比高、强度高、耐腐蚀性高等特点，它的应用可以增加钢管混凝土结构构件的自重，从而提高其频率和抗震性能。

同时，FRP的使用可以增加钢管混凝土结构构件的韧性，防止其在受到地震荷载时出现严重破坏。

总之，针对钢管混凝土结构构件的抗震能力，我们可以采用多种方法和技术来进行研究和优化。

这些方法和技术可以分别或者同时应用，以提高钢管混凝土结构构件的整体抗震性能，保障建筑的安全性。

浅谈钢管混凝土结构抗震性能研究

浅谈钢管混凝土结构抗震性能研究摘要：本文论述了钢管混凝土构件、梁柱节点、空间桁架动力性能和框架结构等方面研究结论，并提出有待解决的问题。

关键词：钢管；混凝土结构；抗震性能钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。

其工作实质在于钢管及其核心混凝土的协同互补和相互作用。

由于这种相互作用，使钢管混凝土具有一系列优越的力学行能，同时也导致了其力学性能的复杂性。

钢管混凝土构件在受力过程中，由于钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土材料本身性质得到改善，即强度得以提高，塑性和韧性得到改善。

同时，由于混凝土的存在可以有效地提高钢管的稳定性。

因此，研究钢管混凝土结构抗震性能不能简单的与混凝土结构的抗震性能进行加减，而必须通过相应的试验研究来得出相应的结论。

1.钢管混凝土梁柱节点的抗震性能国内外专家学者提出了一些有代表性的节点型式,并从构造型式,力学性能,工作机理方面进行了试验研究。

但真正对节点进行抗震性能方面的研究是从20世纪90年代才开始，主要通过节点核心区的工作性能，不存在绝对的刚接节点，而铰接节点的原理和构造都比较简单，只要设置牛腿传递梁端剪力。

因此,下文主要针对刚接节点的抗震性能进行探究。

目前钢管混凝土刚性节点类型主要有：外加强环式节点，承重销式和穿心钢板式节点；肋板式节点；钢筋环绕式节点；钢筋混凝土环梁式节点。

当钢管截面尺寸较大时，还可采用内加强环式节点、锚定式节点、十字板式节点和钢筋贯通式节点等。

1.1承重销式和穿心钢板式节点根据几种不同的承重销式和穿心钢板式节点的试验研究可知，尽管各试件的破坏形态不同，但都表现出良好的延性。

在钢管混凝土柱-钢筋混凝土单梁暗牛腿节点的试验中，节点的破坏均发生在梁端，出现塑性铰，且两个加载方向均表现出良好的耗能能力，滞回环饱满，成梭形，说明抗震性能良好。

因此，此类节点具有传力明确，受力安全可靠，塑性性能好，但存在着用钢量大，且管内的焊接较困难等问题。

1.2钢筋环绕式节点通过对钢筋网或环形钢筋加强钢管不直通式节点进行了试验研究，该类节点的特点是钢管混凝土柱的钢管在梁柱节点区不直接通过，节点区混凝土采用梁板的强度等级，由此产生的轴向承载力的下降，通过采用环梁加大节点区截面，并配置水平钢筋网或环形钢筋来加强和提高。

钢管混凝土框架结构抗震性能比较研究

钢管混凝土框架结构抗震性能比较研究摘要：分别对钢管混凝土和钢筋混凝土的五层框架结构的抗震性能进行了分析，通过比较两种结构在不同地震作用下的动力特性和抗震性能的反应，得出钢管混凝土结构的抗震性能要优于钢筋混凝土结构。

有进一步研究和推广的价值。

关键词：钢管混凝土；动力特性；抗震性能中图分类号：tu323.5文献标识码： a 文章编号：0引言钢管混凝土就是在钢管中填充混凝土而形成的结构构件。

混凝土的抗压强度高，但抗弯能力弱；而钢材的抗弯能力强、弹塑性好，但在受压时容易发生屈曲而丧失稳定性。

钢管混凝土是两种材料的组合，能够将两者的优点结合在一起。

随着经济的发展和社会的进步，一些超高层、大跨度结构应运而生。

同时，对结构形式和构件材料也有了更高的要求。

由于钢管混凝土的抗压强度高、抗弯能力好、抗震性能强等优点，适应了这一发展趋势。

本文采用有限元软件sap2000分析程序，对钢管混凝土和钢筋混凝土结构做了理论上的比较研究，用工程实例验证钢管混凝土结构优越的抗震性能，为结构设计提供了参考依据。

1框架结构模型的选取1.1 工程概况建筑物所在地区的设防烈度为8度，地震加速度为0.20g，场地类别为ⅱ类场地，混凝土强度等级框架柱采用c35，梁及楼板采用c30,钢筋采用hrb400，钢管采用q345钢。

层高为3米。

1.2 有限元分析模型及参数的确定为了更好的比较分析钢管混凝土结构和钢筋混凝土结构的抗震性能，在此用截面形式和构件尺寸完全相同的两种框架结构进行分析。

柱截面尺寸为800mm×800mm，框架梁截面尺寸为300mm×600mm，楼板厚度为130mm。

2不同地震作用下动力特性比较分析运用sap2000分析软件对两种框架结构进行动力分析，这里采用el centro地震波。

分别用70gal和400gal大小的地震波进行分析。

在70gal el centro地震波的作用下，得出钢管混凝土结构和钢筋混凝土结构的自振频率，如表1所示。

钢混凝土组合结构地震易损性研究的关键问题

钢混凝土组合结构地震易损性研究的关键问题摘要:钢-混凝土组合结构在我国高烈度区逐渐得到广泛的应用,但目前国内外对其地震易损性研究很少。

在分析总结现有结构地震易损性研究的基础上,阐述了组合结构地震易损性研究中亟待解决的两个关键问题,这些问题的研究和解决将对钢-混凝土组合结构的地震易损性的研究提供坚实的理论基础。

关键词:组合结构地震易损性弹塑性模型性能水平地震是自然界中危害最严重的灾害之一,是影响城市安全的重要灾种。

据世界主要地震资料统计,世界上130多次伤亡巨大的地震中,95%以上的人员伤亡是由于建筑物倒塌所致[1-2]。

结构在高于设防烈度的地震作用下的破坏状态如何,很难通过确定性的方法给出准确的评估,因此对地震灾害进行风险分析已成为当前工程中主要的防灾减灾措施。

1 钢-混凝土组合结构结构地震易损性研究的意义地震灾害的风险分析主要包括地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失估计三个方面。

其中地震易损性分析,从概率意义上刻画了不同强度地震下结构完成预定目标性能的能力。

随着钢-混凝土组合梁或组合柱作为主要受力构件的组合结构体系逐渐在我国的高烈度区开始应用,如何确保这种新型的结构体系在地震作用下的安全性是一个迫切需要解决的问题。

除了通过试验研究、理论分析和数值模拟等手段研究该组合体系在地震下的受力机理和破坏状态外,进行易损性研究也具有重要意义,具体体现在几个方面:(1)评价地震对结构造成的破坏,以便于采取措施,使结构的破坏程度和经济损失控制在设计预期的范围之内;(2)基于结构的易损性曲线可以对设计出的结构进行性能评估,对结构进行基于性能的易损性研究为该方法的实现提供了依据;(3)基于易损性分析结果,给出单体结构的震害预测方法。

2 钢-混凝土组合结构地震易损性研究中的关键问题钢-混凝土组合结构是一种新型的结构型式,国内对钢-混凝土组合结构的地震易损性研究很少[3],有许多问题需要研究,其中,以下几个关键问题亟待解决。

钢管混凝土框架结构抗震性能分析

［］王３
振，立强．唐立式浮放储罐三维地震反应分析及试验研ｆ］中国科学院高科技研究与发展局．学研究动态监测快报６科
［］先进能源科技专辑，０８８：０１．Ｊ．２０（）１ —２
究［］２０．Ｚ．０６
［］郭增建．市地震政策Ｉ．京：４城Ｎ］北地震出版社，９１１５１９：－．
筋混凝土楼盖，度为１０ｍｍ，管采用０４厚２钢３５钢。由于结构的控制作用为地震作用，在此分析地震对结构的故
作用，其他如恒载、活载、载对结构的影响不予考虑。风
１２多遇地震作用下结构抗震性能分析．
第３６卷第３０期
２０１０年ｌ０月
山西建筑
ＳＨＡＮＸｌＡＲＣＨＩＴＥＣＦＵＲＥ
Ｖ０．６ＮＯ３１３．０
Ｏｃ．２１ｔ００
・５７・
文章编号：０９６２（００３—０７０１０ —８５２１）００跨桥梁、工业建筑以及地下结构等
众多土木工程结构中，取得了良好的经济和社会效益。
随着经济建设的迅速发展，国城市交通的桥梁建设亦进入我
迅速发展时期。为改善城市交通，强与周围地区间的联系，加人
采用有限元分析软件ＳＰ００对上述两框架结构进行线性Ａ２０时程分析，选用的地震波为Ｅ一ｅｔ１ｎｒＣｏ波和Ｔｆ波。ａｔ在７ｇｌｌｅｔ０ａ， — ｎｒＥＣｏ波作用下，框架１和框架２的结构顶点位

方钢管混凝土柱抗震性能影响因素的研究

的边界闻
大小直接影响试件的极限荷载。征轴压比和混凝土强度相同的情况下，厚比小的试件其极限强度大，厚比大的试宽宽件其极限强度反而小。宽厚比与含钢率成反比。随着宽厚比的减小，件弹性阶段刚度和水平承载力都有所提高，构下降段的下降幅度也略有减小。但对曲线形状的影响则不大，主要影响曲线的数值（５。图）
压比越大则延性越差。轴压比对骨架曲线的形状影响较大：轴压比越大，件的水平承载力越小，化阶段的刚度也越杆强
小。当轴压比达到一定数值时，曲线将会出现下降段，其而
且下降段的下降幅度随轴压比的增加而增大，件的位移延构性则越来越小。另外，压比对曲线弹性阶段的刚度几乎没轴有影响，是因为在弹性阶段，件的变形小，这构Ｐ一△效应并不明显，且随着轴压比的增大，心混凝土受拉开裂面积而核会减少，一因素又会使构件的刚度略有增加（７。这图）
的应用趋向于采用高强混凝，这就提醒我们在设计中应采
取其它措施以提高其延性（６。）
在弹性阶段刚度和水平承载力等的影响都较小，随着的

钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能分析

钢管混凝土异形柱将混凝土填充在钢管内，通过竖向钢板完成多个钢管混凝土柱之间的连接，并按照一定间隔用横向加劲肋板进行加固形成的[1]，其截面形状为不规则状态，例如T 型、L 型以及Z 型和混合型等。

钢管混凝土异形柱在建筑中应用性较好[2]，采用该异形柱作为建筑框架结构，施工后美观性较好，同时具有良好的承载性能[3]，可极大程度减轻结构自身重力；并且该类框架结构在施工和安装时，节能环保、施工效率较高[4]，能提升土地的使用效率，同时抗震性能和耐火性良好。

因此，钢管混凝土异形柱框架结构已在当下住宅建筑中广泛应用，例如工业厂房、多高层建筑以及超高层建筑等。

因为钢管混凝土异形柱框架结构是多个部分焊接、连接形成，在应用过程中，受到外力作用后，其力学变化情况较为复杂[5]；并且异形柱界面具有不规则的特殊性，用于建筑框架后的抗震性能尤为关键；该性能决定该类框架结构施工后，能否保证建筑在地震条件下的安全性[6]。

本文主要针对钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能展开相关分析，为该类框架结构的应用提供相关依据。

1钢管混凝土异形柱框架结构抗震性能1.1钢管混凝土异形柱框架结构试件制备本文为分析钢管混凝土异形柱框架结构的抗震性能，设计3个钢管混凝土异形柱框架结构试件，该试件形状为H 型钢梁框架-人字形中心支撑结构，三个试件分别用S1、S2、S3表示，试件设计参数如表1所示。

表1设计参数详情支撑形式跨度/mm双人形2475按照表1的设计参数完成试件制备，制备时混凝土等级为C30，制备的框架中两主节点为外肋环板节点，异形柱中钢管的截面边长为78mm ，竖向连接板和异形柱高度一致，横向肋板尺寸为78mm×35mm×5mm 。

三种试件结构立面图相同，如图1所示。

制备的3种试件在轴心压力作用下，异型柱截面的受压承载力用N u 表示，其计算公式为：N u =m (f y A s +f c A c )（1）式中m 表示钢管混凝土异形柱中单肢柱的数量；f y 和f c 分别表示钢管屈服应力和混凝土抗压强度；A s 和A c 均表示截面面积，前者对应单肢柱钢管，后者对应混凝土。

钢管混凝土结构及钢结构单层单跨框架力学性能分析

钢管混凝土结构及钢结构单层单跨框架力学性能分析王颖;易坤【摘要】为了对比分析方钢管混凝土柱工字钢梁和方空钢管柱工字钢梁两种框架结构的力学性能,运用有限元软件分别对上述两种框架结构进行了全尺寸建模,完成非线性有限元计算分析.结果表明,计算结果与实验数据吻合较好,验证了所建模型的准确性;两种框架结构的滞回曲线均为饱满的梭形,无明显的捏缩现象,且方钢管混凝土柱工字钢梁框架梁端水平极限承载力高于方空钢管柱工字钢梁框架结构.%In order to compare and analyze the mechanical properties of two frame structures including both concrete filled square steel tube column-I beam and hollow square steel tube column-I beam frame structures, the full-scale modeling the above-mentioned two frame structures were carried out with the finite element software, and the nonlinear finite element calculation and analysis were completed. The results show that the calculated results agree well with the experimental data, which verifies the reliability of the established model. In addition, the hysteretic curves of two frame structures are in plump spindle-shape without obvious pinch phenomenon. Furthermore, the horizontal ultimate bearing capacity at the beam ends of concrete filled square steel tube column-I beam frame structure is higher than that of hollow square steel tube column-I beam frame structure.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】6页(P115-120)【关键词】钢管混凝土柱;空钢管柱;框架;工字钢梁;外加强环;节点;有限元;力学性能【作者】王颖;易坤【作者单位】沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870;沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TU398.9方钢管混凝土框架结构具有节点简单、加工方便、施工周期短和便于采取防火板材等优点，在高层、超高层建筑中的应用越来越广泛.到目前为止，国内外针对钢管混凝土单个构件方面进行了较多研究，并对钢管混凝土节点进行了研究，相比之下，对于钢管混凝土框架结构上的研究较少[1-3].工程上复杂的多层多跨框架结构都是由简单的单层单跨结构组合而成，因此，对单层单跨结构整体上进行研究非常必要.在实际试验分析研究过程中，不仅试验费用较高，耗时费力，而且存在诸多试验不确定性因素影响，易造成试验与实际情况存在偏差.拥有强大工程模拟功能的有限元软件ABAQUS带来了一种更加高效、便捷、经济的研究分析方法.本文根据王文达博士的实际试验数据[4]，利用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱工字钢梁框架进行低周循环荷载作用下的力学性能分析，并与试验结果进行对比，从而验证所建立的有限元计算模型的准确性.在此基础上，对方空钢管柱工字钢梁框架结构进行低周循环荷载作用下的力学性能分析，并对两种组合结构的梁柱框架结构进行对比分析.在本文中工字钢梁的钢材采用简化的两段线模型，适用于低碳钢，弹性模量为206 GPa，泊松比为0.262，其双直线模型如图1所示.核心区混凝土受到方钢管柱的约束，其塑性能力得到提高，故普通混凝土单轴应力应变曲线无法反映出核心混凝土塑性性能的提升.为了充分考虑方钢管柱对核心区混凝土的约束效应，本文采用刘威[5]提出的核心区混凝土本构模型，如图2所示.刘威在谭清华等[6]提出的混凝土本构模型的基础上对其峰值和下降段进行了修改，使其更加适用于有限元分析，其应力应变关系的函数表达式为单层单跨方钢管混凝土柱工字钢梁框架模型采用文献[4]中实际试验数据120mm×120 mm×3.46 mm方钢管柱和160 mm×80 mm×3.44 mm×3.44mm(梁高、梁宽、腹板厚度、翼缘厚度)工字钢梁.工字钢梁和外加强环通过焊接连接在方钢管柱上，模型中采用绑定连接.方钢管柱、工字钢梁和加强环板模型采用S4R壳单元，核心混凝土采用C3D8R实体单元建模.定义混凝土和方钢管之间的接触单元[7]时，应该考虑其切向行为和法向行为，切向行为采取罚摩擦公式，摩擦系数为0.6；法向行为定义为“硬”接触.一榀方钢管混凝土框架模型尺寸如图3所示(单位：mm).有限元软件建立的框架模型及单元划分模型如图4所示.本文中钢管混凝土框架试验边界条件和荷载的施加形式明确，柱脚固接，两柱顶施加轴向荷载，工字钢梁端右侧施加水平循环荷载.在有限元计算模拟中，对方钢管柱脚采取嵌固的边界条件，加劲板底部同样采用嵌固边界，由于只有柱顶板和底板限制了核心混凝土的轴向位移，所以核心混凝土的边界仅需约束其轴向位移即可.在荷载施加的过程中，梁端右侧水平循环荷载的加载过程采用位移加载控制，加载历程如图5所示，其中，Δ/Δy为试验过程中模型的位移值与模型屈服位移的比值. 对于方钢管混凝土柱工字钢梁框架模型有限元计算和试验得到的荷载位移滞回曲线如图6所示.通过滞回曲线得到的骨架曲线如图7所示.本文参考文献[8]中确定钢管混凝土柱屈服点的方法，根据骨架曲线来确定框架结构水平承载力.试件水平承载力计算结果与试验结果的比较如表1所示，其中，Pu2/Pue为钢管混凝土模型极限水平荷载模拟值与试验值的比值.模拟计算得到的滞回曲线为较饱满的梭形形状，表明整个框架结构具有很强的塑性变形性能和抗震耗能能力.有限元分析得出的模型整体刚度、水平极限承载力均大于试验结果，滞回环也相较试验结果更加饱满.分析表明，有限元模拟与试验值基本接近，总体上稍微偏大是由于有限元计算分析中未模拟结构的初始缺陷、安装过程中产生的误差等因素的影响.对比结果显示，运用有限元模拟的方法可以较好地对方钢管混凝土柱工字钢梁平面框架进行数值模拟分析.当遭遇地震荷载作用时，可采用结构吸收能量和耗散能量的多少作为评价结构抗震性能优劣的依据.滞回曲线的荷载位移加载段曲线围成的面积为整体结构吸收的能量.同理，荷载位移卸载段曲线与加载曲线围成的面积为结构耗散的能量.本文利用等效粘滞阻尼系数he和能量耗散系数E当做评价结构耗能能力的参考指标，等效粘滞阻尼系数越大，说明结构的耗能能力越强[9].表2为有限元计算和试验得到的等效粘滞阻尼系数与能量耗散系数的对比.有限元模拟没有考虑钢材在循环荷载作用下的塑性损伤引起的刚度退化，从而使有限元计算出的等效粘滞阻尼系数和能量耗散系数均略大于试验结果.分析表明，方钢管混凝土柱工字钢梁框架模型有限元计算分析结果与实测试验数据总体吻合较好.采用所建立的有限元计算模型能够简便、快捷、准确地分析实际受力情况.为进一步探明钢管柱内填充混凝土后的作用，本文建立了空钢管柱工字钢梁框架模型，并对其进行有限元计算分析.将两种框架结构的计算结果进行对比分析，从而评价两种框架结构力学性能的优劣[10].通过统一钢管混凝土柱和空钢管柱的轴压承载力，从而计算出空钢管柱的厚度为7.3 mm.方空钢管柱工字钢梁框架模型其他尺寸与方钢管混凝土柱工字钢梁框架结构模型相同.方钢管混凝土柱工字钢梁和方空钢管柱工字钢梁框架结构统一计算到5Δy时对应的应力云图如图8所示.框架结构在受力过程中，首先在靠近梁端加载端的位置形成塑性铰，由于节点区存在加强环板，翼缘屈服区域分布在加强环板之外的钢梁截面上，工字钢梁左端上翼缘与右端下翼缘表面在压应力作用下率先进入塑性状态.方钢管柱脚钢管的屈服略晚于梁端，随着梁端屈服区域的变大，钢管柱脚仅有小部分进入塑性状态.在之后的加载过程中，梁端进入全截面屈服，首先形成塑性铰，并随着水平循环位移的继续增加，柱脚处钢管向外鼓曲，形成塑性铰，框架结构丧失承载能力，发生破坏，结构整体未出现明显的失稳现象.而方空钢管柱柱脚首先因失稳发生破坏，结构整体失稳现象明显.上述框架破坏模式说明，方钢管混凝土柱工字钢梁和方空钢管柱工字钢梁框架采用外加强环板连接的节点形式满足“强柱弱梁”的抗震设防要求，形成了理想的“梁铰”破坏机制.由图8可知，塑性铰只出现在工字钢梁端部环板外侧和柱脚加劲板上方，而节点区钢管柱壁在加载过程中始终处于弹性阶段，表明采用外加强环连接节点的两种框架结构均满足“强节点、弱构件”的抗震设防要求.图9为两种框架结构荷载位移曲线.由图9可知，两种组合结构的滞回曲线都呈饱满的梭形，说明两种结构的塑性变形能力很强，具有良好的抗震耗能能力.相比之下，钢管混凝土柱框架结构的滞回曲线更加圆滑、饱满.在框架结构的受力过程当中，受到方钢管柱约束其轴向位移的混凝土处于三向受压状态，从而提高了混凝土的受压承载力.正因为混凝土的存在，延缓了方钢管柱的局部屈曲变形，进一步提高了钢管混凝土柱的承载力.骨架曲线为每个循环加载过程中荷载峰值点的连线，因此，骨架曲线能够反映出结构在每个循环过程中荷载变形对应的关系，同时有助于研究结构的抗震性能.骨架曲线能清楚地反映出结构承载力的多少，钢管混凝土柱框架结构的承载能力明显高于空钢管柱框架结构.两种框架结构的骨架曲线如图10所示.为了更好地反映结构的强度退化，本文引用荷载强度退化系数其中，为第j级加载时，第i次循环峰值点的荷载值；为第j级加载时，第i-1次循环峰值点的荷载值.图11为两种框架结构的强度退化曲线.刚度退化的定义参照《建筑抗震试验方法规程》(JGJ/T101-2015)，同级变形下的割线刚度表达式为图12为两种框架结构的刚度退化曲线.图12中显示无混凝土的方空钢管柱工字钢梁框架结构的强度退化和刚度退化都更快一些.通过将钢材和混凝土两种材料组合在一起，不但克服了两者各自的缺点，而且还充分地发挥各自的优点，这也正是钢管混凝土结构的优势所在.本文利用有限元软件ABAQUS建立了采用外加强环式节点连接形式的单层单跨方钢管混凝土柱工字钢梁及方空钢管柱工字钢梁平面框架模型进行力学性能分析，并得出以下结论：1) 数值模拟计算得到的方钢管混凝土柱工字钢梁框架模型的破坏模式、滞回曲线及承载力等数据均与试验结果吻合较好，表明建立的有限元计算模型能够较为准确、简便、快捷地模拟框架实际的受力情况.2) 两种框架结构力学性能对比分析表明，方钢管混凝土柱工字钢梁框架结构在承载能力、耗能能力、强度刚度退化方面均优于方空钢管柱工字钢梁框架结构.3) 有限元模拟分析得到的两种框架结构的滞回曲线、骨架曲线均未出现明显的下降段，这是由于试验中的最终破坏为方钢管柱脚的焊缝开裂导致框架结构的承载力降低.而在有限元计算分析中，方钢管柱作为一整体建立模型，忽略了钢材焊缝的缺陷，故未产生试验分析中明显的下降段曲线.(LIU Lin-lin，TU Yong-qing，YE Ying-hua.Finite element analysis of L-shaped concrete filled steel tubular column based on ABAQUS [J].Journalof Shenyang University of Technology，2011，33(3)：349-354.)(GONG Yong-zhi，NI Ming，DING Fa-xing，et al.Behavior of axially loaded steel-reinforced concrete-filled square stell tubular stub columns[J].Journal of Building Structures，2014，35(Sup2)：120-124.)(HUANG Yuan，ZHU Zheng-geng，ZHANG Rui，et al.Nonlinear FEA of square concrete-filled steel tubular solumn strengthened with end studs [J].Journal of Building Structures，2014，35(Sup2)：137-144.)(WANG Wen-da.Study on mechanical properties of concrete filled steel tubular column and steel beam plane frame [D].Fuzhou：Fuzhou 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钢管混凝土柱对钢框架结构抗震性能的影响
摘要：对于下部几层不宜增设内部支撑的大空间钢框架建筑，本文欲通过在结构底部几层布置钢管混凝土柱，以此提高结构抗震性能。

利用有限元法建立底部1～3层无内部支撑钢框架结构和无内部支撑的1～3层采用钢管混凝土柱的一组模型，进行Pushover静力非线性分析，通过对分析结果层间位移角的比较，探究钢管混凝土柱对结构抗震性能的影响。

关键词：钢管混凝土柱；钢框架结构；抗震性能；
中图分类号:TU33+3 文献标志码:A
钢管混凝土结构是指将薄壁钢管内灌入混凝土，而形成的一种新的组合结构形式。

这种组合结构不仅能够将钢和混凝土的优点结合起来，提高结构的塑性和韧性，而且可以克服钢结构容易产生局部屈曲的缺点。

对于无法增设支撑的结构楼层，可以采用钢管混凝土柱，不但可以增大结构的使用空间，而且可以提高底部大空间高层建筑的抗侧刚度。

因此钢管混凝土柱+钢的组合结构在高层建筑逐渐被大量应用。

1 模型建立
本文利用有限元法建立一组底部1～3层无内部支撑8层钢框架结构（图1）和无内部支撑的1～3层采用钢管混凝土柱8层结构模型（图2），结构形式布置规则，每层层高4m，建筑总高度32m，长54m，宽16.4m。

场地类别为Ⅱ类，场地特征周期0.45s,抗震设防裂度为8（0.20g）度，抗震等级三级，多遇地震下结构阻尼比采用0.03，罕遇地震下阻尼比为0.05。

钢管柱、型钢梁和钢支撑采用Q345B钢，混凝土强度等级C30，楼板采用100厚的压型钢板现浇混凝土组合楼板。

楼面恒载取4.0kN/m2，楼面活载取3.0 kN/m2；屋面恒载取4.5 kN/m2，屋面活载取2.0 kN/m2；风载取4.0 kN/m2，地面粗糙度为C类。

图1 1-3层撤除内部支撑图2 1-3层采用钢管混凝土柱
2 模型建立处理
本文钢框架支撑采用偏心支撑，偏心支撑在多遇地震及正常使用条件下的抗侧刚度与中心支撑相当，在设防地震和罕遇地震作用下依靠梁的消能梁段耗能，具有与纯钢框架相当的延性和耗能能力，是一种良好的抗震结构，但构造相对复杂。

3 模态分析
模态分析也被称为振型叠加法动力分析，是线性结构系统地震分析中的最常用而且最有效的方法。

结构振型是模态反应的重要参数，以下是2组模型结构前3阶振型的模态反应特征见表1：
由表1知:（1）2种结构模型均为第一振型沿X向平动，第二振型沿Y向平动，第三振型为扭转。

（2）结构下部撤内部支撑的1～3层采用钢管混凝土柱，底部1～3层撤内部支撑结构Y向周期减小4.1%。

因为结构的自振周期与结构的刚度成反比关系，所以采用钢管混凝土柱可以增大钢框架结构的抗侧刚度，
4 Pushover非线性分析
静力非线性分析方法，也称Pushover分析法，是基于性能评估现有结构和设计新结构的一种方法。

本文对结构施加的侧向荷载，选取上文提到的侧向均布加荷模式和倒三角加荷模式，于本文篇幅所限，故只列出倒三角加荷模式对结构Pushover分析的结果。

4.1结构能力谱曲线
由国外UBC规范转化为中国规范反应谱，在8度罕遇地震作用下，求得CA=0.36，CV=0.36。

输入参数CA和CV得到结构的能力谱曲线如图3图4图中绿色曲线为能力谱曲线，红色曲线分别为阻尼比为0.05、0.1、0.15和0.2的需求曲线。

可得1～3层撤内部支撑结构性能点坐标为Sa=0.291,Sd=113.7,对应的剪力为10.7 kN和顶点位移为140mm,在第二条折线内，小于大震不到控制点，满足大震不倒的要求；撤内部支撑的1～3层采用钢管混凝土柱结构性能点坐标Sa=0.303,Sd=106.2,对应的剪力为11.3kN和顶点位移为120mm，在第二条折线内，小于大震不到控制点，满足大震不倒的要求。

图3 ～3层撤内部支撑结构图4 1～3层采用钢管混凝土柱结构
5 层位移和层间位移角比较
结构在8度罕遇地震下，结构性能点处所对应的层位移和层间位移角如表2。

通过对上表的结构层位移和层间位移角比较分析可得出如下结论：
（1）1～3层采用钢管混凝土柱，1～3层的层位移减小15%以上，结构下部的抗侧刚度增大，有效地提高了结构在塑性变形状态下的抗震性能；
（2）1～3层采用钢管混凝土柱，1～3层的层间位移角减小9%以上，有效地提高了结构的抗震性能，且小于我国建筑抗震设计规范规定的1/50，满足规范要求，有较大的安全储备。

（3）下部楼层采用钢管混凝土柱的钢管混凝土柱+钢框架组合结构，具有良好的塑性变形和抗震性能，满足结构基于性能的设计目标以及规范要求。

6 结论
对底部1～3层无内部支撑钢框架结构和无内部支撑的1～3层采用钢管混凝土柱的这组模型，进行Pushover静力非线性分析，通过分析比较所得计算结果，得出以下结论：（1）1～3层采用钢管混凝土柱，能有效的减小钢框架结构的层间位移角，大幅提高结构的抗震性能，且小于我国建筑抗震设计规范规定的1/50，满足规范要求，有较大的安全储备。

（2）钢管混凝土柱+钢框架组合结构具有良好的塑性变形和抗震性能，满足结构基于性能的设计目标以及规范要求，适用于下部大空间的高层建筑。

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