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钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能研究的开题报告一、选题背景和意义钢筋混凝土异形柱框架结构是一种常见的建筑结构形式，其具有结构配置灵活、强度和刚度高等优点。
然而，由于其柱截面形状不规则、受力状态复杂等特点，其抗震性能存在一定的不确定性和难度。
因此，针对这种结构，进行抗震性能研究，对于提高其抗震能力、保障建筑安全具有重要的实际意义。
二、研究内容和方案本研究将从以下几个方面进行探讨：1. 分析钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能，探讨其受力机理和破坏模式。
2. 基于性能设计理论，设计并模拟若干具有不同等级的钢筋混凝土异形柱框架结构，比较其抗震性能。
3. 通过参数分析，探讨不同参数对钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能的影响，为结构设计提供参考。
4. 结合实测数据，验证钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能及模拟结果的准确性。
三、研究方法和技术路线1. 理论分析：通过文献调研和结构力学原理，对钢筋混凝土异形柱框架结构的受力机理和破坏模式进行分析。
2. 结构模拟：采用有限元软件和性能设计理论，设计并模拟若干具有不同等级的钢筋混凝土异形柱框架结构，评估其抗震性能。
3. 参数分析：通过多组参数分析，探讨不同参数如柱形状、配筋方案等对结构抗震性能的影响。
4. 结果验证：结合实测数据，对钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能及模拟结果的准确性进行验证。
四、预期成果及应用价值通过本研究，预期获得以下成果：1. 深入了解钢筋混凝土异形柱框架结构的受力机理和破坏模式。
2. 基于性能设计理论，设计出若干具有不同等级的钢筋混凝土异形柱框架结构，并评估其抗震性能。
3. 探讨不同参数如柱形状、配筋方案等对结构抗震性能的影响。
4. 对钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能及模拟结果进行验证。
该研究成果可为钢筋混凝土异形柱框架结构的设计、构造、抗震鉴定等提供参考，有望提高结构的抗震性能，保障建筑安全。
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。
第 38 卷第 1 期Vol.38 No.1工 程 力 学2021年1 月Jan.2021ENGINEERING MECHANICS143文章编号：1000-4750(2021)01-0143-11型钢混凝土异形柱框架地震损伤分析刘祖强1,2，任甭优1，薛建阳1,2，周超锋1(1. 西安建筑科技大学土木工程学院，陕西，西安 710055；2. 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室，陕西，西安 710055)摘 要：为实现对型钢混凝土异形柱框架的地震损伤分析，采用加权系数法建立了能够反映构件损伤、楼层损伤和整体框架损伤三者迁移演化的地震损伤模型，并对两榀型钢混凝土异形柱框架进行了地震损伤试验及有限元模拟，获得了梁的弯矩-转角滞回曲线和柱的水平荷载-位移滞回曲线，进而对试件的地震损伤指数进行了计算分析。
结果表明，构件、楼层和整体框架的损伤指数变化规律与试件的破坏发展历程较为吻合，说明所建立的型钢混凝土异形柱框架地震损伤模型是合理的。
基于试件的破坏状态及地震损伤分析结果，提出了型钢混凝土异形柱框架对应5个性能水平的损伤指数范围，为该类结构的震后损伤评估提供了依据。
关键词：型钢混凝土异形柱；框架结构；损伤模型；损伤分析；试验研究；有限元模拟中图分类号：TU398+.2 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0123SEISMIC DAMAGE ANALYSIS ON STEEL REINFORCED CONCRETE FRAMES WITH SPECIAL-SHAPED COLUMNSLIU Zu-qiang1,2 , REN Beng-you1 , XUE Jian-yang1,2 , ZHOU Chao-feng1(1. School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture & Technology, Xi’an, Shaanxi 710055, China;2. Key Lab of Structural Engineering and Earthquake Resistance, Ministry of Education (XAUAT), Xi’an, Shaanxi 710055, China)Abstract: To realize the seismic damage analysis of steel reinforced concrete (SRC) frames with special-shaped columns, a damage model which can reflect the migration and evolution of the member damage, the floor damage and the whole frame damage was established by using the weighted coefficient method. Seismic damage tests and finite element simulation were carried out on two SRC frames with special-shaped columns. The moment-rotation hysteresis curves of the beams and the horizontal load-displacement hysteresis curves of the columns were obtained. The seismic damage index of specimens was calculated and analyzed. The results show that the change law of the damage index of members, floors and the whole frame were in good agreement with the failure development processes of the specimens, indicating that the seismic damage model of the SRC frame with special-shaped columns is reasonable. Based on the failure states of the specimens and the seismic damage analysis results, the range of the damage index of SRC frames with special-shaped columns corresponding to five performance levels was proposed. It provides the basis for the post-earthquake damage assessment of this type of structure.Key words: steel reinforced concrete special-shaped column; frame structure; damage model; damage analysis;experimental study; finite element analysis收稿日期：2020-02-27；修改日期：2020-06-20基金项目：国家自然科学基金项目(51308444)；陕西省创新人才推进计划项目(2019TD-029，2019KJXX-018)；陕西省留学人员科技活动择优资助项目(2019021)通讯作者：刘祖强(1984−)，男，山东青岛人，副教授，工学博士，主要从事钢与混凝土组合结构及工程结构抗震研究(E-mail: **********************).作者简介：任甭优(1995−)，女，河南南阳人，硕士生，主要从事型钢混凝土异形柱结构地震损伤性能研究(E-mail: *****************);薛建阳(1970−)，男，河南洛阳人，教授，工学博士，博导，主要从事钢与混凝土组合结构、古建筑木结构及工程结构抗震研究(E-mail: ********************);周超锋(1989−)，男，河南巩义人，讲师，工学博士，主要从事型钢混凝土异形柱结构抗震性能研究(E-mail: ***********************).鉴于经济性考虑，我国对于一般结构进行抗震设计时采用三水准设防目标，允许结构在地震作用下出现损伤。
工程力学模型在结构设计与抗震分析中应用工程力学是研究物体受力及其运动规律的科学，它为结构设计与抗震分析提供了重要的理论基础和工具。
工程力学模型是一种用来描述和分析工程结构力学行为的简化工具，广泛应用于结构设计和抗震分析中。
本文将探讨工程力学模型在结构设计与抗震分析中的应用。
首先，工程力学模型在结构设计中的应用可以通过力学分析来确定结构的荷载、强度和刚度等重要参数。
工程师可以利用力学模型对结构进行数值模拟，通过模拟不同荷载情况下结构的受力、变形和破坏机理，来优化结构设计。
例如，在桥梁设计中，可以利用桥梁的静力和动力特性进行优化设计，确保结构在正常使用和极端荷载情况下的安全性和可靠性。
其次，工程力学模型在抗震分析中的应用对于工程结构的抗震能力评估具有重要意义。
地震是一种巨大的外部荷载，对结构的破坏具有严重影响。
通过建立合适的工程力学模型，可以对结构在地震作用下的响应进行预测和分析。
通过考虑不同地震波谱和结构参数，可以评估结构的抗震性能，并提出相应的设计和改进方案。
这有助于提高结构的抗震能力，确保人员和财产的安全。
研究表明，工程力学模型的准确性和可靠性对于结构设计和抗震分析至关重要。
一种常用的工程力学模型是有限元法（finite element method，简称FEM），它将结构分割成有限个小单元，通过求解得到结构在受力情况下的位移、应力和变形等参数。
FEM模型可以灵活地适应不同结构形式和荷载情况，准确反映结构的力学行为。
通过不断改进和完善FEM模型，工程师可以提高模型的精度和可靠性，提高结构设计和抗震分析的效果。
此外，还有其他一些工程力学模型的应用在结构设计与抗震分析中也值得关注。
例如，工程力学中的动力学模型可以用来研究结构的振动行为和地震响应。
利用控制技术和振动减震装置结构可以减少地震荷载对结构的影响，提高结构的抗震性能。
另外，研究与模拟结构在不同荷载情况下的破坏机理和变形行为，有助于提高结构的安全性和可靠性。
轴压比对不同形式异形柱框架抗震性能的影响文章以三榀异形柱中框架为研究对象，分别为钢筋混凝土异形柱框架、型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架，利用有限元分析软件对三者进行推覆分析，研究不同轴压比作用下异形柱框架承载能力、位移延性、刚度退化等方面的抗震性能特点。
研究表明：轴压比对三种异形柱框架弹性刚度影响较小，但对承载力和延性影响较大。
标签：异形柱；型钢混凝土；钢管混凝土；轴压比引言异形柱结构因其柱楞不凸出、得房率高等优点，备受开发商和消费者的青睐。
目前，对普通钢筋混凝土（RC）异形柱结构的研究已较为广泛[1-2]，而对型钢混凝土（SRC）异形柱结构和钢管混凝土（CFST）异形柱结构的研究较多集中在构件层面。
本文对三种不同形式的异形柱框架的抗震性能进行推覆分析，研究三种框架在不同轴压比作用下抗震性能特点，为异形柱结构体系的理论分析提供参考。
1 模型设计本文框架模型选用两跨三层的异形柱中框架，其边柱为T形柱，中柱为十字形柱。
框架底层层高为1.6m，二、三两层层高均为1.2m，缩尺比例为1：2.5。
三种形式框架柱截面尺寸相同，肢高为300mm，肢厚为100mm，梁截面均采用钢筋混凝土梁，梁宽取100mm，与异形柱肢厚相等，梁高取280mm。
三种框架主要区别在于柱截面配钢（筋）形式不同，具体几何尺寸以及截面配钢（筋）形式如图1所示（单位：mm）。
在材料选择上，混凝土采用C35混凝土；钢筋为HRB335钢筋，柱中纵筋直径8mm，箍筋直径6mm，在柱端300mm范围内以及节点核心区进行加密，加密区间距40mm，非加密区间距80mm；框架梁主筋直径12mm，箍筋直径6mm，在梁端400mm范围内进行加密，加密区间距40mm，非加密区间距80mm；型钢选用Q235钢板焊接而成。
2 有限元模型的建立選用OpenSees有限元分析软件进行分析，建模时采用纤维单元定义构件截面，根据不同材料划分为不同纤维。
在单元选取上采用基于位移的梁柱单元（Displacement-Based Beam-Column）来模拟梁、柱构件。
不同阻尼模型对框架结构地震反应影响研究何利;叶献国【摘要】文章采用不同阻尼模型对某实际框架结构地震反应运动方程进行求解,计算结构地震反应的层间位移、顶层最大位移、结构总输入能、阻尼耗能和滞回能等指标,并进行比较,结果如下:瞬时刚度阻尼模型使得结构层间位移和顶层最大位移取得最大值；相应地瞬时刚度阻尼模型使得结构阻尼耗能在各阻尼模型中取值最小,而滞回能取值最大；除振型阻尼使得总输入能较其他阻尼模型小得多外,其余模型使总输入能取值基本相同.研究表明:按不同阻尼模型计算得到的地震反应结果相差较大,对于何种阻尼计算方式最可靠,应进一步开展精确试验对比研究；用瞬时刚度阻尼模型进行地震反应分析偏于安全.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(034)007【总页数】4页(P1027-1030)【关键词】阻尼模型;地震反应;位移;阻尼耗能;滞回能【作者】何利;叶献国【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工大建设监理有限责任公司,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TU311.3阻尼是结构的动力特性，是影响结构动力反应的重要因素，其实质是结构震动过程中某种能量耗散方式的综合。
目前，阻尼模型有多种表达方式［1］，本文选用目前常用的几种阻尼模型对一实际结构的地震响应进行计算，并根据计算结果对比分析了不同的阻尼模型对结构反应的影响。
1 阻尼模型对多自由度体系，黏滞阻尼的运动方程为：其中，M为多自由度体系的质量矩阵；C为多自由度体系阻尼矩阵；K为多自由度体系的刚度矩阵；分别为多自由度体系相对加速度向量、相对速度向量和相对位移向量为地震动加速度。
在整个地震过程中，结构的相对能量平衡方程为：（2）式可简写为：其中，Ekr为体系相对动能；Ed为体系阻尼耗能；Eh为体系应变能；Eir为体系相对输入能。
不同计算模型对异形柱结构体系抗震分析的影响- 结构理
论
简介：钢筋混凝土异形柱指的是除矩形、圆形以外的截面形式，如T形、十字形、L形等截面形式，仅由钢筋混凝土异形柱作为竖向构件组成的结构体系，称之为异形柱框架结构，它一般可用于多层住宅等。
除此以外，异形柱结构体系还包括框架-斜撑及框架-剪力墙结构体系，可用于小高层或高层住宅。
由于这种结构体系采用与填充墙同厚的T形、十字形、L形柱，它不仅具有可使室内不出现柱楞，又可增加使用面积的特点，而且具有改善建筑功能并使室内布置灵活的特性，受到建筑师、开发商以及广大用户的欢迎。
虽然这种结构体系趋于定型只是近几年的事，但已在天津、广州等地得到广泛的应用，并编制了相应的设计规程。
关键字：异形柱结构设计抗震分析1 前言研究表明，异形柱结构体系的受力特性和抗震性能不同于矩形柱结构体系，而由于异形柱截面的不对称特性，在水平地震荷载作用下产生的双向偏压给框架柱承载力带来的影响更不容忽视。
所以，对异形柱结构应采用三维整体分析的方法，目前能用于这种结构抗震分析的常用软件有TAT、SATWE等。
由于在实际工作中，所布置的往往不全是异形柱，其中经常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙。
在这类结构的计算模型输入时，有的设计人员往往把异形柱按短肢剪力墙输入，有的甚至将异形柱框架结构全部按短肢剪力墙输入，这样势必造成一些计算误差，而且发现有些构件的计算误差会影响结构、构件的安全。
为此，本文利用一组算例，分析了采用不同输入方
式(即采用不同的计算模型)对结构抗震分析结果的影响，以便引起设计人员的重视。
2 计算模型及基本计算参数(1)计算模型：根据目前用于多层住宅的异形柱框架结构的实际情况，为便于分析、比较，本文选取一个柱网尺寸为3.6m×4.2m，共8层的异形柱框架结构，层高2.8m，计算中分别按异形柱和剪力墙两种形式输入，以下将采用异形柱形式输入的结构称为模型一，以剪力墙形式输入的结构称为模型二。
分别采用TAT和SATWE软件进行抗震分析比较。
(2)基本计算参数：假设该结构所处场地土类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，梁截面尺寸均为150mm×370mm。
整个结构的混凝土强度等级为C20。
计算用楼面静、活荷载标准值分别取3.9kN/m2、1.5kN/m2。
梁上墙的线荷载标准值取7.3kN/m2。
3 计算结果及比较(1)自振周期：从表1可以看到，当采用TAT计算时，由于薄壁杆件模型刚度明显较异形柱大，模型二的结构整体刚度较模型一大得多，反映在结构自振周期上，模型二的自振周期较模型一小6.3%～17.6%；当采用SATWE计算时，由于采用墙板单元模拟剪力墙受力，模型二的自振周期有明显增加，最大增幅达22.2%。
模型一的自振周期变化不大。
从理论上说，TAT和SATWE在对异形柱框架结构计算时采用相同的计算模型，计算结果应该相同，经分析发现，之所以产生上述误差是因为在SATWE软件中扣除梁与异形柱刚域的重叠部分重量，而TAT 没有。
在以下的计算结果中还可以看到这种误差所产生的影响。
(2)地震作用：从表2可以看到，采用TAT计算时，模型二基底总地震剪力和弯矩较模型一大得多，两组结果间相差最大的可达15.4%。
这是因为模型二的结构刚度较模型一大，从而使自振周期变短，地震反应加强的缘故。
当采用SATWE计算时，模型二的基底地震总剪力和弯矩明显下降，最大下降幅度为21.5%，而模型一的地震作用变化不大。
(3)结构侧移：从表3可以看到，当采用TAT计算时，模型二的结构顶点位移及最薄弱层的层间位移角均较模型一小得多，减少的幅度在13.5%～41.9%之间。
值得注意的是，采用SA TWE计算时，模型一在风荷载作用下的结构顶点位移较TAT计算结果大得多，两者相差达23.0%。
(4)结构内力：从表4、表5可以看到，当采用TAT计算时，模型二墙肢的轴压力较模型一均略有减少，而采用SATWE计算时，结果则基本相反；对梁的内力来说，无论那一个软件计算，其内力相差均较大，由于在模型二中梁长取墙肢端点长度，模型一中梁长取两端异形柱形心长度，所以，模型二的内力较模型二小得多，这对于以剪力墙形式代替异形柱输入的工程来说，需引起必要的重视，不然会存在安全隐患。
4 结语上述算例分析表明，不同的计算模型无论对异形柱结构体系的自振周期、结构侧移，还是基底弯矩和剪力、梁柱内力都产生很大的影响。
因此，在实际工程抗震分析时，需要注意以下几点：①对于肢长与肢宽之比不大于4的异形柱，由于它已接近柱的特征，应采用异形柱形式输入；②对于肢长与肢宽之比稍大于4的短肢剪力墙不应采用过高的轴压比，宜按异形柱套用；③对异形柱结构体系，宜采用两种不同计算模型的软件进行计算，以便校核；④在套用现行规范或参照天津或广东规程时，应注意它们之间存在的差异。
同时笔者建议，国家对异形柱结构体系应形
成相应的规范条文，以便促进这种结构体系的健康发展。
