钢管再生混凝土柱-钢梁组合框架结构抗震性能研究

By using the interactions of loading process between steel and concrete，the mechanical properties of core recycled concrete in recycled aggregate concrete-filled steel tube columns are improved and the mechanical advantages of both steel and concrete are given full play. So it can promote the application and development of recycled concrete in civil engineering structure and provide an effective way for the utilization of the waste concrete. But now，the study of the recycled concrete-filled steel tubes is still in its infancy，the existing research is mainly focused on the mechanical behavior and seismic performance research of the basic components. While the seismic performance of recycled concrete-filled steel tubular frames is rarely reported. By experimental research，theoretical analysis and numerical simulation，the mechanical properties of steel beam to recycled aggregate concrete-filled steel tubular frames under constant vertical loading and low-cyclic reversed loading will be investigated in this project. The hysteretic loops and skeleton curves will be obtained，and the important seismic performance indicators such as the failure mode，failure mechanism，deformability，bearing capacity，ductility and the energy-dissipating capacity will also be discussed. At the same time，the influence rules to seismic behavior that comes from the factors such as the axial compression ratio, sectional steel ratio and the linear stiffness ratio of beam to column will be analysed. On this basis，the corresponding anti-seismic design method will be proposed. The results can be useful reference to engineering practice.

钢管再生混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用使再生混凝土的力学性能得到改善，并发挥钢管和再生混凝土各自的力学优势，可促进再生混凝土在土木建筑结构中的应用和发展,为废弃混凝土资源化提供一条有效的途径。但目前对于钢管再生混凝土的研究尚处于起步阶段，已有研究主要集中于基本构件的力学行为和抗震性能研究，对钢管再生混凝土框架结构的抗震性能研究还鲜有报道。本项目拟通过试验，理论分析和数值模拟的方法研究钢管再生混凝土柱-钢梁组合框架在施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载的力学性能，得到其滞回曲线和骨架曲线，分析其破坏形态、破坏机制、变形能力、承载能力、延性、耗能能力等重要抗震指标，研究柱轴压比、柱截面含钢率、梁柱线刚度比等因素对其抗震性能的影响规律，并在此基础上提出相应的抗震设计方法，研究成果可为工程运用提供参考。

近年来，随着我国经济快速发展，城镇化建设不断推进，对既有建筑的拆除、改造和升级大量进行，由此产生的大量建筑垃圾（废弃砼所占比例最大）给生态环境造成了越来越严重的污染。如何科学有效地处理这些建筑垃圾（尤其是废弃砼）实现再生利用，成为关乎可持续发展所亟待解决的重要课题。为此，国务院在实施绿色建筑行动方案的通知中将推进建筑废弃物资源化利用列为了十大重点任务之一。基于钢管普通砼工作原理，将再生混凝土灌入钢管形成的钢管再生混凝土技术，利用钢管对再生混凝土的约束作用，使再生混凝土强度和变形性能得到改善，为废弃混凝土资源化提供了一条有效途径，符合国家绿色、节能的发展要求，具有广阔的工程应用前景。但目前对钢管再生砼的研究尚处于起步阶段，已有研究主要集中于构件的轴压、偏压、滞回性能等基本力学性能研究，对其节点和框架结构的抗震性能研究还较少。. 本项目通过试验、理论分析和数值模拟的方法研究了钢管再生混凝土柱-钢梁外加强环式节点和相应框架结构的抗震性能，观察了受力全过程，得到了滞回曲线、骨架曲线，分析了其破坏形态、承载能力、延性、刚度退化、耗能能力等重要指标，研究了柱轴压比、梁柱线刚度比、钢筋再生砼楼板等对其抗震性能的影响，并提出了相应的设计建议。同时，开展了钢管钢纤维再生砼短柱轴压性能和方钢管再生砼中心局部承压性能的研究工作。结果表明：低周反复荷载作用下钢管再生砼柱-钢梁外加强环节点破坏时塑性铰出现在栓焊连接处，远离节点核心区，节点域和柱基本完好，相应框架破坏时栓焊连接处梁下翼缘局部屈曲，焊缝拉裂，柱下端钢管屈曲，经历了梁端形成塑性铰、柱下端形成塑性铰等阶段，节点核心区基本完好，破坏过程有明显征兆，满足“强柱弱梁、强节点弱构件”的抗震设计要求；节点和框架试件滞回曲线饱满，无明显捏缩现象，刚度和强度退化较稳定,体现出良好的抗震性能；外加强环能有效地分散荷载，使核心区受力更均匀，钢筋再生砼楼板的组合作用显著提高了结构的刚度、承载力及延性性能，并有效保证了钢梁上翼缘的局部稳定性；随着轴压比增大，节点和框架试件的承载力、延性和耗能能力均有所下降；随着梁柱线刚度比的提高，试件极限承载力及耗能能力提高；焊接质量是防止发生脆性破坏，充分发挥试件延性，提高耗能能力的重要保证，工程实践中应确保焊缝质量，防止虚焊。研究成果为进一步完善钢管再生混凝土结构理论，推进其工程运用提供了参考。