第 ３９ 卷 第 ６ 期
２００７ 年 １２ 月
西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报
（自然科学版）
Ｊ畅Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ａｒｃｈ．＆ Ｔｅｃｈ．
（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２００７
型 钢 混 凝 土 框 架 静 力 非 线 性 分 析 塑 性 铰 参 数 研 究
白国良，楚留声，朱丽华
（西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 ７１００５５）
摘 要：ＳＲＣ 构件具有比普通 ＲＣ 构件更高的承载力和极限变形能力．但由于 ＳＲＣ 构件塑性铰属性参数较难
确定，使该结构很难直接应用静力非线性方法进行分析，而是转化为等刚度的 ＲＣ 构件进行计算．从理论上给
出了 ＳＲＣ 框架压弯构件 ＰＭＭ 铰 N-M
x
-M
y
相关面的形成方法，提出了型钢混凝土构件弯矩-曲率曲线的确定
及将其转化为杆单元塑性铰弯矩-曲率关系的方法，并得到了塑性铰区长度的计算方法．应用确定的铰属性参
数对两跨三层 ＳＲＣ 框架进行了静力非线性分析，结果与振动台试验吻合较好，表明这种铰属性参数用于 ＳＲＣ
构件静力非线性分析是合适的．最后通过与具有相同刚度的 ＲＣ 框架计算结果对比分析，表明采用这种刚度
相等的 ＲＣ 构件进行计算低估了 ＳＲＣ 框架的抗震能力．
关键词：型钢混凝土结构；静力非线性分析；ＰＭＭ 塑性铰
中图分类号：ＴＵ３５２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６-７９３０（２００７）０６-０７５６-０６
．
倡
ＳＲＣ 结构是钢筋混凝土内含型钢的一种组合结构，由于其承载能力高、刚度大、延性及耗能性能好
等优点，已开始应用于大跨结构和地震区的高层建筑．ＳＲＣ 结构克服了钢结构耐火性、耐久性差、刚度小
及易屈曲失稳等缺点，且可比钢结构节省大量钢材，降低造价．与普通 ＲＣ 结构相比，因其强度大，可以
有效减小构件截面，满足净空要求，且具有更强的变形能力
［ １ -２］
．静 力非线性分析方法也称为 Ｐｕｓｈｏｖｅｒ
分析方法，是结构分析模型在一个沿高度为某种规定分布形式且逐渐增加的侧向力或侧向位移作用下，
直至结构模型控制点达到目标位移或 结构倾覆为止的结构行为分析的全 过程．ＦＥＭＡ ３５６ （ 其前身 是
ＦＥＭＡ ２７３） 和 ＡＴＣ-４０ 给出了钢筋混凝土（ ＲＣ） 结构及钢结 构塑性 铰本构关 系和性 能指标，以及 应用
Ｐｕｓｈｏｖｅｒ 方法的一整套详细说明和范例，使这种方法在混凝土结构和钢结构中应用的日趋广泛．但由于
一些技术上的问题，截止目前，Ｐｕｓｈｏｖｅｒ 分析方法在型钢混凝土（ ＳＲＣ） 结构中的应用还很少见．为了能
使 Ｐｕｓｈｏｖｅｒ 分析方法能直接用于 ＳＲＣ 构件（ＳＲＣ 框架结构、ＳＲＣ 框架-ＲＣ 筒体（ 剪力墙） 等，本文通过对
现有 ＳＲＣ 结构研究成果的分析，对 ＳＲＣ 结构采用 ｐｕｓｈｏｖｅｒ 方法分析时所必需的参数进行了讨论．在此
基础上采用 ｐｕｓｈｏｖｅｒ 方法对振动台试验原尺寸结构
［ １ ］
进行分析，并与实验结果对比，可为型钢混凝土
框架结构的抗震性能分析提供参考数据．
１ Ｐｕｓｈｏｖｅｒ 分析结构模型
本文采用 ＳＡＰ２０００ 对该两跨三层框架进行了 ｐｕｓｈｏｖｅｒ 分析．为了方便对比分析结果，分析采用 １ ／８
实验模型的原尺寸模型
［ １ ］
．柱距 ６ ｍ，底部层高 ４．２ ｍ，二、三层高 ３．６ ｍ．混凝土为 Ｃ３５．原实验模型中 ２
ｍｍ 厚和 ３ ｍｍ 厚钢板的屈服强度分别为 ２６４ Ｎ ／ｍｍ
２
和 ２８１．７ Ｎ ／ｍｍ
２
，分析中取其平均值 ２７３ Ｎ ／ｍｍ
２
作为型钢的屈服强度．表 １ 给出了模型中 ＳＲＣ 构件的几何尺寸．
进行 Ｐｕｓｈｏｖｅｒ 分析时，构件屈服和屈服后的性能采用离散的塑性铰来模拟．按照“ 强剪弱弯” 进行
设计的构件，框架梁通常在两端设置 Ｍ 铰，而框架柱则需设置考虑轴力和弯矩耦合的 ＰＭＭ 铰．对于 ＲＣ
构件和钢构件，程序提供基于 ＦＥＭＡ ３５６ 和 ＡＴＣ-４０ 的默认塑性铰用于分析
［ ３ ］
，但对 ＳＲＣ 构件来说，则
必须采用自定义的 Ｍ 铰和 ＰＭＭ 铰才能对构件进行模拟．这也是 ＳＲＣ 框架进行 Ｐｕｓｈｏｖｅｒ 分析时的一个
倡
收 稿 日 期 ：２００７-０４-１５
基 金 项 目 ：国 家 自 然科 学 基金 资助 项 目 （５０５７８１２９） ；教 育 部博 士点 专 项基 金项 目 （２００６０７０３００１）
作 者 简 介 ：白 国 良 （１９５５-） ，男 ，陕 西 渭南 人 ，博 士 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ，主 要 从 事 混 合 结 构 抗 震 研 究 畅
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