侧板连接异形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能与设计方法研究

Based on the existing joints, a new type of joint is proposed which cnnecting concrete-filled specially shaped steel tubular column to steel beam by the side plate. The force mechanism,the calculation theory and seismic performance of the joint are studied through theoretic analysis, numerical simulation and experimental research. The studies involved in this proposal mainly include:developing the new type of joint; researching on the mechanical and seismic behavior of the the joints, revealing path of transfer mechanism of internal force and establishing restoring force model of frame joint based on experimental results; setting up numerical analysis model, studying the influence of various design parameters on its seismic performance and the vabrition model will be adopt to conduct dynamic characteristics analysis and seismic response analysis of different buildings with the new type of joint; putting forwakd the seismic design method of the joint from the aforemention study.The research results of this project are expected to resolve the key technical problems of high-rise buildings or high earthquake intensity regions used structure system with concrete-filled special shaped steel tube, The result of this project are also expected to provide important theoretical meaning and engineering application merit reference and theoretical basis for the in-depth application of concrete-filled steel tube .

借鉴已有的钢管混凝土节点，研究确定侧板连接异形（T形、L形、十字形）钢管混凝土柱-钢梁节点的构造措施。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，系统研究异形钢管混凝土柱-钢梁连接节点的受力机理、计算理论、抗震性能和设计方法等关键问题。主要研究内容包括：研制新型侧板连接异形钢管混凝土柱-钢梁节点；基于试验结果，研究节点的受力性能及抗震性能，揭示其内力传递途径、破坏机理，观察受力全过程及损伤演化规律，测试滞回特性并建立节点的恢复力模型；建立节点精细化数值分析模型，研究不同设计参数对其抗震性能的影响，采用简化实用的框架结构数值分析模型进行模态分析及弹塑性时程响应分析；基于试验、数值模拟及理论分析结果，提出抗震承载能力的计算公式并形成完善实用的设计方法。研究成果旨在解决高层建筑或高地震烈度区中异型钢管混凝土应用的关键技术问题，为异形钢管混凝土的深入工程应用提供试验依据及理论基础。

钢管混凝土结构具有承载力高、耐火性能优良、耐腐蚀性强、经济性好、施工方便等优点，目前已被广泛应用于工业厂房、高层建筑结构中。然而，钢管混凝土结构梁柱节点类型偏少，且设计方法不能完全满足工程应用的需要。以侧板连接异形钢管混凝土柱-钢梁节点在建筑工程中的应用为研究背景，本项目采用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的方法研究侧板连接异形钢管混凝土柱-钢梁连接节点及整体框架结构的抗震性能，为工程提供可靠地理论依据。具体包括以下几个方面工作：(1) 根据试验结果，采用有限元方法，深入分析侧板连接异形钢管混凝土柱-钢梁抗震性能影响因素及其规律，包括不同轴压比、混凝土强度、侧板外伸长度等参数对侧板连接T形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能、耗能能力的影响。研究结果表明：轴压比、混凝土强度等级的提高对节点抗震性能没有明显影响；极限荷载随着侧板外伸长度的增加显著提高。(2) 建立了节点考虑刚度退化的三线性恢复力模型，提出了骨架曲线各阶段的刚度计算公式及滞回规则；(3) 按照1:10的缩尺比例，对钢管混凝土框架结构模型运用模态分析方法分析结构体系的动力特性(自振频率、阻尼比、空间振型)；通过模拟地震振动台试验，研究框架结构地震反应；建立侧板连接异形钢管混凝土整体框架结构有限元模型，对其进行地震响应分析，揭示了地震反应规律，提出了“梁铰破坏机制”的实现方法。