强震作用下型钢混凝土异形柱框架结构体系性能及设计方法研究

将具有优越抗震承载力及变形能力的型钢混凝土结构与具有良好建筑与使用功能的异形柱结构相结合，提出型钢混凝土异形柱框架新型结构体系，对其在强震作用下的受力性能和设计方法开展系统而深入的研究。通过型钢混凝土异形柱及节点的低周反复加载试验，研究该种新型构件的合理配钢形式、受力机理、破坏形态、抗震承载力和变形性能；进行型钢混凝土异形柱框架结构的拟动力试验，获得该新型结构体系在不同加速度峰值地震波作用下的动力反应；研究结构从开裂、屈服到整体失效的地震损伤演化规律和倒塌破坏机制，建立其动力分析方法，提出不同性能水准及其失效的定量化判别指标，如界限承载力、层间位移角限值等控制参数，以指导工程实践；研究新型高精度的非线性有限元模型，并开发计算机仿真程序，用于结构的全过程分析。本项目对于揭示型钢混凝土异形柱框架结构体系在强震作用下的破坏机理、提高结构构件的设计水平、增强结构整体的抗震防灾能力都具有重要意义。

进行了17根型钢混凝土异形柱、17个型钢混凝土异形柱框架节点、9个矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点，以及3榀型钢混凝土异形柱平面框架的低周反复加载试验，考察了新型异形柱结构体系的抗震性能。对型钢混凝土异形柱，分析了其抗震性能，确定了混凝土保护层厚度及轴压比限值，编制了正截面承载力计算程序，推导了弯曲和剪切开裂荷载的计算公式，以及单向受剪和双向受剪时的承载力计算公式，建立了不同柱高位置处混凝土与型钢的粘结滑移本构关系方程。对型钢混凝土异形柱框架节点，获得了其抗震性能指标，给出了节点核心区的抗剪机理，建立了抗裂及抗剪承载力计算公式，提出了节点的连接构造措施。对矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点，分析了其抗震性能，得出了节点核心区混凝土的斜压杆受力模型及其受钢管约束作用的规律，推导了核心区钢腹板剪力及混凝土约束斜压杆强度的计算公式，据此建立了节点屈服剪力和抗剪承载力的计算公式。对型钢混凝土异形柱框架，获得了其抗震性能指标，得出了混凝土强度、柱型钢强度、轴压比、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比和梁柱屈服弯矩比对框架受力性能的影响，提出了框架五个性能水平及对应的层间位移角限值，建立了基于位移的抗震设计方法。项目达到了预期目的。