钢框架-钢筋混凝土核心简结构的动力弹塑性分析

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发布时间：2021-09-13

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钢框架一钢筋混凝土核心简结构的动力弹塑性分析
尧国皇黄用军宋宝东
(中建国际[深圳]设计顾问有限公司)
【摘要】基于大型通用有限元软件ABAQUS对一钢框架一钢筋混凝土核心筒结构的动力弹塑性性能进行了
初步研究，研究了这类结构体系在地震作用下的混凝土损伤机制和框架与核心筒之间的剪力分配等，本
文的研究成果可为同类研究提供参考。
【关键词】混合结构动力弹塑性有限元时程分析塑性损伤模型
1前言
我国超高层建筑传统地采用钢筋混凝土结构体
系，而钢一混凝土混合结构在我国超高层建筑中应用
只是近十年才兴起的。钢一混凝土混合结构体系融合
了钢结构体系和混凝土结构体系的优点，承载力高、
延性好、变形能力强，从而具有较强的抗风和抗震能
力，并且具有较好的综合经济效益[1 ]。目前落成的
赛格广场大厦、香港中环东北大楼、长江中心大厦、
上海金茂大厦、深圳地王大厦、台北国际金融中心
(101广场)、高雄国际广场大厦、北京LG大厦，均采
用了混合结构体系，这种结构体系越来越受到结构工
程师的青睐。《高层建筑混凝土结构技术规程》[。]给出
了混合结构体系的定义，上海市工程建设规范《高层
建筑钢一混凝土混合结构设计规程》⋯ 则对《高规》
中混合结构体系的范围作了扩展，指出：混合结构指
钢框架(或钢支撑框架)或钢组合框架与钢筋混凝土
筒体(或钢筋混凝土剪力墙)共同工作所构成的结构
体系，其中钢组合框架包括型钢混凝土柱框架和钢管
混凝土框架。2004年福建省也颁布了《钢一混凝土混
合结构技术规程》，这些规程的颁布可进一步促进了
混合结构体系在实际工程的应用。
但是国内外对这类结构的的整体受力性能的实
验研究和理论研究还不够充分和完善，对其水平受力
的特点缺乏足够的认识，尤其对其地震作用下的性能
的研究更为少见，目前还没有专门针对混合结构的国
家标准(规程)，因此，对这类结构的受力性能，
尤其是动力弹塑性性能的研究就显得尤为重要。本
文基于大型通用有限元软件ABAQUS对一钢框架一钢
筋混凝土核心筒结构的动力弹塑性性能进行了初步研
尧国皇，男，中建国际(深圳)设计顾问有限公司
地址：深圳市福田区福华一路98号卓越大厦5楼
邮编：518031
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究，研究了这类结构体系在地震作用下的混凝土损
伤机制和框架与核心筒之间的剪力分配等，本文的
研究成果可为同类研究提供参考。
2有限元模型的建立
ABAQUS由美国HKS公司开发，以其优异的非线
性计算能力以及强大的二次开发功能而著称，并且具
有丰富的单元库和材料模型。它具有强大的工程计算
仿真模拟能力，其解决问题的范围从相对简单的线性
分析到许多复杂的非线性问题。
2．1材料本构关系模型
钢材采用ABAQUS软件中提供等向弹塑性模型，
满足Von Mi Ses屈服准则，这种模型多用于模拟金
属材料的弹塑性性能。用连接给定数据点的一系列
直线来平滑地逼近金属材料的应力一应变关系。该
模型采用任意多个点来逼近实际的材料行为，因
此，就非常接近真实的材料行为。塑性数据将材料
的真实屈服应力定义为真实塑性应变的函数。
混凝土材料采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型
[6]
。图1给出了混凝土试件从应力一应变关系曲线软
化段某一点卸载，卸载响应变弱，即材料的弹性刚
度出现损伤。在拉伸和压缩实验中，弹性刚度的损
伤显著不同，不管哪种情况，随着塑性应变的增
长，损伤效应越明显。
混凝土的损伤响应由两个单轴损伤系数、
来衡量，它们是塑性应变、温度和场变量的函数：
． pl
d =dt( ，， )(0 d 1) (1a)
pl
d。=dc(e。，， )(0 d。 1) (1b)
若E0代表材料的初始(无损伤)弹性模量，混
凝土的单轴拉伸和压缩荷载作用下应力一应变关系可