型钢再生混凝土柱-生态复合墙混合结构体系性能与灾变控制方法研究

本项目以一种抗震、生态、节能的新型结构-型钢再生混凝土柱-生态复合墙混合结构为对象，重点研究该类混合结构的非线性行为、精细化模型及灾变控制方法。揭示强震作用下损伤累积在材料、构件、结构三种不同尺度空间的转化特征及演化规律，提出基于地震损伤性能的抗震设计方法。通过试验及理论分析，研究生态墙体材料的力学性能，确定其本构模型及统一强度破坏准则。研究动力作用下型钢与再生混凝土粘结滑移及共同工作性能，据此建立型钢再生混凝土柱设计计算理论。进行结构动力特征及非线性地震响应全过程分析，建立基于材料动力损伤本构关系的结构细观模型和基于构件损伤效应的结构宏单元模型，在此基础上研究此类混合结构在强震作用下内力传递机制、破坏模式及倒塌机制，建立基于分灾模式的结构优化设计模型，以实现结构的灾变控制。本项目以新材料、新结构与新技术的结合为特色，对我国新型结构的可持续发展、增强绿色生态建筑的防震减灾能力具有重要意义。

型钢再生混凝土结构是型钢混凝土组合结构与再生混凝土结构相结合的产物，兼具了型钢混凝土组合结构承载力高、抗震性能好以及再生混凝土结构低碳节能等优点，符合国家环境保护政策，同时在高抗震设防烈度区具有较好的应用前景。框架-填充墙结构中，填充墙尽管被视为非结构构件，但实际承担了相当部分的地震作用。在国家近年来墙体改革政策的推动下，传统的实心黏土砖正逐步被一些新型砌体材料所取代 (包括再生混凝土空心砌块、粉煤灰砌块以及加气混凝土砌块等)。在填充墙-框架结构被大量应用的现实背景下，对新型砌体填充墙-再生混凝土框架结构的抗震性能和破坏机理进行深入研究具有非常重大的社会与工程实践意义。本课题主要开展了以下几方面的研究工作：.1、进行了12根型钢再生混凝土梁斜截面受剪性能试验研究和理论分析，推导了梁斜截面抗剪承载力计算公式；.2、进行了15根型钢再生混凝土柱的轴心受压和偏心受压性能试验研究和理论分析，给出了型钢再生混凝土柱受压承载力计算公式和设计方法；.3、进行了17根型钢再生混凝土柱的低周反复加载试验，研究了柱的抗震性能及水平承载力计算方法；.4、进行了4个型钢再生混凝土梁柱节点的抗震性能及抗剪承载力试验研究，并对1榀型钢再生混凝土框架结构进行了拟动力、拟静力试验和有限元分析，获取了型钢再生混凝土梁柱节点及其框架结构的抗震性能指标；.5、进行了7榀单跨单层的型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙模型的低周反复荷载试验研究，分析了结构承载力、位移延性、层间位移角、耗能能力、强度衰减以及刚度退化等力学性能，确定了不同墙体开洞率条件下该结构抗侧刚度计算方法。采用有限元软件ABAQUS对一榀空框架和一榀带墙框架进行了非线性模拟分析，对结构的混凝土部分、型钢部分及墙体部分的应力、应变和结构变形进行计算；选取再生混凝土强度、框架柱型钢强度、轴压比、砌块强度等级和墙体宽高比等作为参数，对该种结构的受力性能影响因素进行分析；采用有限元软件PERFORM-3D分析了填充墙-框架整体结构中框架部分与墙体部分的协同工作性能以及各个部分的剪力分配情况。. 本课题出版学术专著1部，发表学术论文30篇。培养博士生3人，硕士生14人。