Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints

XU Chengxiang; SUN Shaoyu; LIU Xiaoqiang

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003

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Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints

更新时间：2025-07-07

- Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 45, Issue 3, Pages: 611-619(2025)
- 作者机构：
  
  1.武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉 430065
  2.城市更新湖北省工程研究中心，湖北武汉 430065
  3.武汉科技大学高性能工程结构研究院，湖北武汉 430065
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003
  CLC： TU398
- Received：24 November 2023，
  
  Revised：2024-02-09，
  
  Published：28 June 2025
- 稿件说明：
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许成祥,孙少雨,刘晓强.含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力分析[J].防灾减灾工程学报,2025,45(03):611-619.

XU Chengxiang,SUN Shaoyu,LIU Xiaoqiang.Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(03):611-619.
许成祥,孙少雨,刘晓强.含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力分析[J].防灾减灾工程学报,2025,45(03):611-619. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003.

XU Chengxiang,SUN Shaoyu,LIU Xiaoqiang.Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(03):611-619. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003.

摘要

为了研究含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力，基于已有试验，采用OpenSees分别建立了不同错层高度钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构数值分析模型。对模型进行20条地震动记录下的增量动力分析（IDA），得到结构倒塌阶段的易损性曲线，并利用结构抗倒塌安全储备系数评估结构的抗整体性倒塌能力。结果表明：地震动强度较低时，错层高度对结构的承载力和变形影响不大，增量动力分析曲线差异较小，地震动强度较高时，不同错层框架与普通框架的增量动力分析曲线差异十分显著，第三类错层框架和第一、二类错层框架以及普通框架相比，变形增长更快，后期退化程度更大；普通框架（KJ⁃1）、第一类错层框架（SKJ⁃1）、第二类错层框架（SKJ⁃2）和第三类错层框架（SKJ⁃3）的抗倒塌安全储备系数分别为3.53、2.75、2.2和1.8，SKJ⁃1、 SKJ⁃2和SKJ⁃3相比KJ⁃1抗倒塌安全储备系数分别降低了22.1%、 37.7%和49.0%，说明含错层节点框架结构抗整体性倒塌能力明显低于普通节点框架结构，且随着结构错层高度的增加其性能降低显著。

Abstract

To investigate the progressive collapse resistance of concrete-filled steel tubular (CFST) column-steel beam frame structures with staggered joints

numerical models

with varying staggered floor heights were developed in OpenSees based on existing experimental data. Incremental dynamic analysis (IDA) was conducted using 20 ground motion records to derive collapse fragility curves

and the structural global collapse resistance was evaluated using the safety reserve factor against collapse. Results indicated that at low ground motion intensities

the staggered joint height had minimal impact on structural bearing capacity and deformation

with slight differences in IDA curves. However

at high intensities

significant differences emerged between staggered frames and ordinary frames. The third type of staggered frame exhibited faster deformation growth and greater late-stage degradation compared to the first and second types as well as the ordinary frame. Collapse Margin Ratio (

CMR

) values for ordinary (KJ-1)

first-type staggered (SKJ-1)

second-type staggered (SKJ-2)

and third-type staggered (SKJ-3) frames were 3.53

2.75

2.2

and 1.8

respectively. SKJ-1

SKJ-2

and SKJ-3 showed 22.1%

37.7%

and 49.0% reductions in

CMR

compared to KJ-1. These findings demonstrate that staggered joint frames have significantly lower global collapse resistance than ordinary frames

with performance decreasing as staggered joint height increases.

关键词

Keywords

references

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