柔性钢框架-再生混凝土墙板混合结构体系性能及设计理论研究

On the flexible steel frame structure with less lateral stiffness introduced of recycled concrete wall panel which in the play of the maintenance functions, as the structure of lateral force members to resisted wind and earthquake, to formed of a green, low-carbon energy and complementary advantages of flexible steel frame with recycled concrete wall panel composite structure system. With the seismic mechanism and mechanical model of the composite structure as the research target, and explore solutions to two key scientific problems, namely considering of node connection flexible and wall stiffness affects of the nonlinear analysis method, as well as the equivalent analytical model of building structure. By single span double-layer planar structure of quasi-static test, reveal the collaborative work mechanism and failure mode of composite structural system; in-depth analysis of mixture ratio, the replace rate of recycled aggregates, joint stiffness and other key parameters on the structure bearing capacity and stiffness; analysis of node, frame and wall interaction process, on the basis of steel consumption and ductility index, given the frame and wall stiffness matching relations; in view of the embedded and plug-in two wall connection way to establish the equivalent analysis model, given the seismic design methods and construction advice. The research results have important significance for the further promoted application and development of recycled concrete in china's steel structure field.

将再生混凝土墙板引入侧向刚度较差的柔性钢框架结构，墙板在起到维护功能的同时，做为结构的抗侧力构件参与抗风、抗震，形成绿色环保、低碳节能、优势互补的柔性钢框架-再生混凝土墙板混合结构体系。 以该混合结构的抗震机理和力学模型为研究目标，探索解决两个关键科学问题，即考虑节点连接柔性和墙体刚度影响的非线性分析方法，以及构建结构的等效分析模型。通过单跨双层平面结构的拟静力试验，揭示该混合结构体系的协同工作机理和破坏模式；深入分析配合比、再生骨料取代率、节点刚度等关键参数对结构承载力及刚度的影响；分析节点、框架和墙板的相互影响过程，以耗钢量和延性指标为基准，给出框架与墙体的刚度匹配关系；基于内嵌、外挂两种墙体连接方式，建立该新型结构体系的等效分析模型，给出抗震设计方法及构造建议。研究成果对推动再生混凝土在我国钢结构领域的应用和发展具有重要意义。

本课题从钢结构住宅产业的节能环保，集成化发展趋势出发，结合建筑垃圾回收利用，变废为宝的可持续发展战略，将再生混凝土墙板引入侧向刚度较差的柔性钢框架体系中，形成绿色环保、低碳节能、优势互补的柔性钢框架—再生混凝土墙板混合结构体系。墙板不仅起到保温、隔热、防水、隔声的围护作用，在结构体系中还可抵抗风和地震荷载，作为结构的第一道抗震防线吸收耗散能量。通过对柔性钢框架—再生混凝土墙板结构的拟静力试验，揭示该结构体系的协同工作机理和破坏模式；深入分析了配合比、再生骨料取代率、配筋率、节点刚度等关键参数对再生混凝土墙板承载力及刚度的影响，给出墙体开裂荷载和极限承载力的简化计算公式，明确墙体与框架的刚度匹配关系及耗能机理；基于内嵌和外挂两种墙体连接方式，建立结构的等效分析模型，给出了该新型结构体系的抗震设计方法及构造建议。.对内填现浇再生混凝土墙板结构的研究表明：再生混凝土墙板在增加结构承载力和刚度的同时，能缓解梁柱节点的柔性转动，改善节点受力。设置墙体后结构的承载力提高了1.5倍，峰值刚度提高3.3~3.8倍，延性系数在5.48～6.68之间，层间位移角1/50时承载力退化系数仍大于0.92，表明该结构具有较高的安全储备；同时，采用100%再生骨料取代率的试件比普通混凝土试件屈服荷载降低10%，而极限荷载基本一致，表明其与柔性框架组合后结构的整体性能退化较小，可以作为主要抗侧力构件使用。对外挂再生混凝土墙板结构的研究表明：设置外挂墙板后，结构极限承载力提高约19％；梁柱连接节点刚度对结构的抗震性能影响不大，两种连接形式下结构承载力仅相差6％；柔性钢框架外挂墙板结构具有良好的延性，平均位移延性系数均大于3，建议与“中震可修”相对应的层间位移角限值取1/80~1/100；结构耗能主要由钢框架提供，设置外挂墙板后，对耗能能力的提高幅度约15％～20％。研究成果对推动再生混凝土在我国钢结构领域的应用和发展具有重要意义。