新型截面型钢混凝土柱-节点-框架结构体系的抗震性能及其设计方法研究

针对普通型钢混凝土柱在高地震烈度区和高轴压比条件下抗震能力不足的现状，提出两种新型截面型钢混凝土柱，通过试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究新型截面型钢混凝土柱在地震作用下的破坏机理和变形性能，分析配钢形式等关键因素对其抗震性能的影响，提出新型柱在不同抗震等级下的轴压比限值，以及建立其正截面受压和斜截面受剪承载力计算公式。确定型钢混凝土梁-新型型钢混凝土柱框架节点的构造措施和应力传递机制，研究其在反复水平荷载作用下的抗震性能和不同因素的影响规律，提出节点的受剪承载力计算模型和计算方法。建立型钢混凝土框架结构的抗震设防目标和量化性能指标，研究结构的水平侧向力分布模式、非线性静力分析方法和地震反应简化分析方法，在此基础上，建立此种结构体系基于性能的抗震设计方法。研究成果为推广新型截面型钢混凝土构件和结构的工程应用提供基础，同时也为我国组合结构设计规范的修订提供试验资料和理论依据。

型钢混凝土结构（SRC）具有优异的受力性能，良好的经济性和施工性，是一种具有广阔发展前景的建筑结构体系。.本项目针对普通SRC柱在高轴压比下抗震能力不足的现状，提出两种新型截面SRC柱，即扩大十字和对角线布置十字型钢SRC柱，通过4个新型与1个普通型钢混凝土柱的低周反复荷载试验，研究新型柱的破坏特征、滞回和骨架曲线，并分析轴压比和配钢形式对柱耗能能力和延性的影响，结果表明，新型SRC柱在高轴力下具有良好的抗震性能，且其轴压比限值可比规范规定有所提高。.采用ABAQUS软件对新型SRC柱试件进行非线性有限元分析，模拟计算与试验结果吻合较好，在此基础上研究更多参数对柱抗震性能的影响，提出新型柱在不同抗震等级下的设计轴压比限值。在此基础上，采用强度叠加和极限平衡法建立新型SRC柱的正截面受压承载力计算公式，同时通过无量纲轴力-弯矩关系，提出其截面校核和设计的实用方法。.当所提新型柱与SRC梁连接时，节点的构造措施和抗震性能尚不明确。通过4个新型与1个普通型钢混凝土梁柱节点的低周反复荷载试验，研究新型节点的破坏特征、滞回性能、耗能能力和延性，分析不同因素对节点抗震性能的影响，结果表明，新型节点的抗震性能大于相同破坏模式的普通SRC梁柱节点，柱内采用对角线布置十字型钢以及梁柱正交时，节点的抗震性能更为优越。.建立已完成的5个新型SRC梁柱节点试验试件的有限元模型，基本ABAQUS工作平台对其反复荷载作用下的受力性能进行分析，有限元模拟与试验数据吻合良好，在此基础上分析轴压比、混凝土强度和加载角度对节点抗震性能的影响，建议实际工程除对两个主轴方向的承载力和位移限值验算外，还应考虑加载角度为60o的情况。根据试验和数值模拟结果，探讨节点构造措施的传力机理，通过分析节点区混凝土、型钢腹板和箍筋对承载力的贡献，提出新型SRC节点的抗剪承载力公式，结果表明，所提公式计算结果准确且适用性好。.将四档性能水平与三个地震作用相结合，形成三水准设防目标，在统计分析基础上，提出SRC框架结构不同性能水平对应的层间位移角限值。提出SRC框架基于位移的抗震设计方法和步骤，按照等效单自由度体系和所提层间位移角限值，对一规则SRC框架进行设计；对所设计结构进行Pushover分析，校核结构侧移形状并评价其变形及强度需求，最后用动力时程分析验证，结果表明所提方法能够控制结构在地震作用下的反应。