新型PEC柱—钢梁组合框架结构倒塌机理与设计方法

新型PEC柱是采用热轧钢板焊接成薄壁截面，并在翼缘板间设置一定间距的横向拉结筋，浇筑混凝土而成的组合柱，可大幅度提高构件承载力，增大构件抗侧刚度，改善构件的抗震延性，降低结构造价。迄今为止，国外对PEC柱的受力性能研究尚处于初步阶段，国内相关研究更少，且已有研究多为PEC构件和连接在单调荷载下的力学性能，而基于结构层面的研究尚未见诸文献。.本项目拟对新型PEC柱-钢梁组合框架结构在单调和循环往复荷载下的倒塌机理进行试验研究，得到结构倒塌机理、耗能破坏模式、力的传递、结构塑性开展与分布、梁柱连接转动能力和框架的侧移刚度；建立新型PEC组合柱的恢复力模型和组合框架结构有限元模拟的宏观和微观模型，开发和编制非线性有限元程序，分析各设计参数对结构性能的影响规律；基于结构性态提出设计方法和抗震构造措施，为该新型组合框架结构体系的工程应用奠定理论基础，有重要的理论意义和工程应用价值。

新型PEC柱是采用热轧钢板焊接成薄壁截面，并在翼缘板间设置一定间距的横向拉结筋，浇筑混凝土而成的组合柱，可大幅度提高构件承载力，增大构件抗侧刚度，改善构件的抗震延性，降低结构造价。. 本项目主要针对新型PEC柱-钢梁组合框架结构在单调和循环往复荷载下的倒塌机理进行试验研究，首先对10个薄壁钢板组合PEC柱足尺试件进行恒定轴压力下的低周往复荷载试验研究和有限元模拟，得到了滞回曲线和破坏模态，通过对试验与模拟数据整理分析得出其相关设计参数（混凝土强度等级、柱钢结构组合截面强弱轴布置、拉结筋间距、构件长宽比承载力）对其承载力、抗侧刚度、耗能延性与破坏机理的影响规律；接着，为了消除常规PEC柱双向刚度明显不等和拉结筋造成的施工不便的缺陷，提出了钢结构翼缘卷边与设置拉结板条的新型PEC柱形式，并对16个卷边薄壁钢板组合PEC柱足尺进行恒定轴压力下低周往复荷载试验研究和有限元模拟，得到了滞回曲线和破坏模态，通过数据整理分析得出其相关设计参数（混凝土强度等级、柱钢结构组合截面的强弱轴布置、拉结板条间距、构件长宽比、柱钢结构组合截面翼缘卷边尺寸与腹板高厚比）对其承载能力、抗侧刚度、耗能延性与破坏机理的影响规律；随之，课题组结合课题申请时专家建议，对6个PEC柱-钢梁中节点连接试件进行了循环荷载试验研究，得到了其滞回曲线和破坏模态，通过数据整理分析得出其相关设计参数（PEC柱卷边/非卷边、PEC柱的强弱轴布置、梁端截面是否削弱）对其承载能力、抗弯刚度、耗能延性与抗倒塌机理的影响规律；最近，课题组又完成了双T形焊接对穿螺栓连接、双T形摩擦耗能型对穿螺栓连接、耗能板型部分自复位对穿螺栓连接、摩擦耗能型部分自复位连接的PEC柱-钢梁中节点连接的有限元数值模拟，分析得出其连接构造与相关设计参数（PEC柱的强弱轴布置、PEC柱形式（卷边与非卷边）和竖向荷载）对各自承载能力、抗弯刚度、耗能延性与抗倒塌机理的影响规律。以上研究成果已经发表和收录论文9篇（其中刊出的6篇均EI收录）。. 此外，由于课题组申请人出国研修（2012年3月~2013年8月至美国马里兰大学帕克学院），相应延缓组合框架结构层面的研究工作进程，相关研究工作计划在2014年完成。随着项目全部研究内容的完成，研究成果将会进一步丰富，也为PEC柱相关结构的进一步研究和工程应用奠定一定的理论基础和技术支撑。