基于多尺度和相关性的钢管混凝土柱节点半刚性计算模型及其框架体系研究

In traditional simulation analysis for concrete-filled steel tubular (CFST) joint and framework, the truss model and the solid model was usually used, the multi-scale model was rarely used. In test analysis, the error generated by non-full-similar scale model was usually neglected. In theoretical analysis, a parameter is focused on studying on structure response, the other parameters were fixed on their basic values, and the effect of correlations between the variables was ignored. Considering the above drawbacks, the collaborative computing was carried on between the macro model and micro model through appropriate connections based on multi-scale mechanics of structures and correlation. The overall mechanical characteristics and micro destruction process of structure was better grasped and provided a more accurate reference for engineering practice..Based on study outcomes of the Youth Science Fund project provide by NSFC, the deterministic sensitivity analysis was carried out for CFST joint considering multi-scale mechanics of structures simulation and the correlative relationships between parameters. The semi-rigid practical computing model of CFST joint was put forward. With the semi-rigid practical computational model, the test analysis, the numerical calculation and the theoretical analysis of mechanical properties (static, pseudo static and earthquake simulation shaking table, etc.) of the overall framework system were carried out. The structural design software was improved and secondly developed. The research results were applied to the structural design software, and the design of CFST beam-column joints could be carried on accurately by the engineers.

传统的钢管混凝土节点及框架进行模拟分析时，主要采用杆系模型和实体模型，而很少应用多尺度模型；在进行试验分析时，忽略了试件不同比例模型的非完全相似所引起的误差；在理论分析时，均是基于参数完全确定的假设，忽略了各影响因素间的相互作用对结果的影响。综合考虑以上弊端，基于结构多尺度力学和相关性，使得宏观模型与微观模型协同计算，更好把握结构的整体受力特征和微观破坏过程，为工程实际提供更为准确的参考依据。. 申请者在青年基金项目成果的基础上，拟开展基于结构多尺度力学和参数间相关关系对钢管混凝土柱节点进行不确定性灵敏度分析，提出钢管混凝土柱节点半刚性计算模型，并引入钢管混凝土框架体系中，进行框架体系力学性能（静力、拟静力以及地震模拟振动台等）的试验、数值计算与理论分析研究，同时对结构设计软件进行改进研究和二次开发，将研究结果应用到结构设计软件中，使工程师准确地进行钢管混凝土梁柱节点设计。

传统的钢管混凝土节点及框架进行模拟分析时，主要采用杆系模型和实体模型，而很少应用多尺度模型；在进行试验分析时，忽略了试件不同比例模型的非完全相似所引起的误差；在理论分析时，均是基于参数完全确定的假设，忽略了各影响因素间的相互作用对结果的影响。综合考虑以上弊端，基于结构多尺度力学和相关性，使得宏观模型与微观模型协同计算，更好把握结构的整体受力特征和微观破坏过程，为工程实际提供更为准确的参考依据。.项目负责人开展基于结构多尺度力学和参数间相关关系对钢管混凝土柱节点进行不确定性灵敏度分析，提出钢管混凝土柱节点半刚性计算模型，并引入钢管混凝土框架体系中，进行框架体系力学性能（静力、拟静力）的试验、数值计算与理论分析研究，同时对结构设计软件进行改进研究和二次开发。.主要研究内容有：（1）基于多尺度的半刚性组合框架抗震性能研究（基于多尺度的半刚性组合框架抗震性能数值分析；半刚性组合框架的骨架曲线实用计算方法）。（2）节点板穿透式钢管混凝土柱-钢梁节点性能研究。（3）有支撑的节点板穿透式方钢管混凝土柱节点性能研究。（4）基于相关性钢结构外露式柱脚的半刚性性能研究。（5）焊接残余应力对箱型梁柱节点断裂性能影响分析。（6）内加强环式钢管混凝土梁柱节点焊接性能研究。（7）梁柱节点初始刚度计算程序软件开发研究。.主要成果：（1）发表期刊论文第一作者或通讯作者10篇，SCI 3篇，EI 4篇，其他3篇）；（2）成功申请国家自然科学基金面上项目1项（51778241）；（3）部分研究成果应用于广东省标准《钢结构设计规程》（DBJ15-102-2014），该标准获得广东省土木建筑学会科学技术一等奖；（4）部分研究成果应用于广东省标准《装配式铝合金低层房屋技术规程》（正在参与编写）、行业标准《预装式铝合金低层房屋及移动屋技术标准》（正在参与编写）。（5）项目负责人获批为2013广东省高等学校优秀青年教师培养计划培养对象。