Considering the urgent need of innovation for assembling structures and the new earthquke resilient design philosophy, a new type of assembling RC column-steel beam (RCS) hybrid frame structure with resilient design strategy is proposed. Both of the steel beam and the foot part of RC column are incorporating replaceable energy dissipative components. During the strong earthquake, the replaceable steel beam and resilient RC column will dissipate energy while the other parts of the assembling RCS hybrid frame structure will keep intact. After the earthquake, the replaceable steel beams and resilient RC columns can be conveniently replaced and resilient their performance. Tests on the mechanical properties of replaceable energy dissipative components, including replaceable steel beams and resilient RC columns, will be conducted to make known their resistant mechanism and resilient performance, and the numerical model will be established accordingly. Pseudo-static and pseudo-dynamic experiments of the multi-story assembling RCS structures installed with resilient devices will be carried out to study the seismic response, deformation characteristics, resilient performance, and damage evolution rules. Based on the experimental and theoretical results, the indices for different seismic performance levels, rational replaceable details, design parameters and analysis method of seismic response of the new assembling RCS structure will be proposed. Finally, a displacement-based seismic design method will be developed for the new assembling RCS hybrid structure with earthquake resilient strategy. The research results can be used as scientific reference for promoting the application of this new type of assembling RCS hybrid structure.
将结构震害快速修复和功能快速恢复等防灾新理念引入装配式RCS混合结构。研发适用于装配式RCS结构的钢梁可更换消能装置和可恢复消能型柱脚,形成新型可恢复性能RCS结构。开展钢梁可更换消能装置和带可恢复消能型柱脚组合柱抗震性能试验,研究不同消能构造、钢材类型和设计参数对可更换消能装置的可更换性能和力学性能的影响律,建立其力学计算模型。进行可恢复性能装配式RCS混合结构拟静力、拟动力试验和数值分析,研究不同设计地震水平下RCS结构地震反应规律、动力特性、破坏机制、变形性能、灾损恢复性能和不同水平性态指标,揭示该新型可恢复装配结构的抗震工作机理和损伤演化规律。在试验研究和理论分析基础上,提出可恢复性能RCS混合结构的力学模型、各阶段的强度、刚度和变形计算方法,最终建立该新型装配式结构基于位移的抗震设计方法。研究成果可为可恢复性能装配式RCS结构抗震设计提供依据,促进新型装配式结构的推广应用。
基于抗震设计理念的最新发展和建筑业转型升级的迫切需求,项目组将结构震害快速修复和功能快速恢复等防灾新理念引入新型装配式RCS混合结构,并系统开展了梁柱可更换技术、计算单元模型和设计计算方法研究。主要研究内容和成果如下:(1) 提出了一种设置可更换保险丝的震损可更换钢梁技术,并通过对可更换钢梁的低周往复加载试验,研究了钢梁可更换构造和合理的可更换段强度比。(2) 研发了一种在钢梁可更换翼缘板设置防屈曲盖板的消能型可更换钢梁。开展了18个设置防屈曲盖板可更换钢梁的低周往复加载试验。试验结果表明,设置了防屈曲盖板的可更换钢梁,其可更换翼缘连接板呈现出多波屈曲模式,其荷载—位移曲线经历了弹性、塑性发展、螺栓滑移和强化四个受力阶段,具有明显的金属耗能器特征。试件的屈服全部集中在可更换翼缘板,实现了损伤可控的破坏模式。更换前后试件的滞回曲线基本重合,从而验证了可更换震损钢梁的性能可恢复和更换构造的合理性。(3) 针对地震作用下底层柱脚容易严重损坏的特点,创造性地提出了一种适用于RCS或RC装配结构震损可更换RC组合柱技术。完成了3种采用不同可更换构造的组合柱试件低周往复荷载试验研究。试验结果揭示所有试件的塑性损伤均集中于柱下部的可更换消能柱脚,实现了预期的破坏模式。损伤更换后试件的滞回曲线与更换前基本重合,且骨架曲线经历了较长的强化阶段,可更换钢板性能得到充分发挥。基于试验结果提出了加强可更换部件防屈曲措施、采用高延性ECC填充块和一系列提升可更换性能的技术措施。(4)在试验研究、理论分析和数值模拟基础上,提出了可更换钢梁消能部件和可恢复组合柱消能柱脚的计算单元模型和恢复力模型。建立了可更换部件与主体结构构件之间的强度、刚度的合理匹配准则和设计计算方法。研究成果可为可恢复性能结构后续研究和工程实践提供依据,并促进新型装配式结构体系的推广应用。
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数据更新时间:2023-05-31
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