预制装配式钢管混凝土异形柱结构抗震性能研究

It is considered that specially shaped column structures are with advantages of comfortable housing，but its resistance capacity to seismic action is still an imperative probelem to be faced with. In this topic,the precast specially shaped column with steel pipe frame is suggested, which is expected to combine the advantages of several kinds of structures. The load-deformation exhibition, flexural and shear capacity, ductility and energy dissipation capacity of the single joint for specially-shaped column frame and the whole structures are to be investigated extensively through experiment and numerical simulation. In the same way, the precise computational model and the earthquake resisting measures for this kinds of column in physical structures are to be investigate with comprehensive consideration of the affecting factors such as height-thickness ratio, steel ratio, etc. The theoretical approach and computation method are to be suggested, based on the research conclusion. It can also provide the necessary reference for design procedure and enact of related codes or standards.

异形柱框架结构房屋使用功能好，但其抗震性能是目前需要迫切解决的问题。本课题提出了采用预制装配式钢管混凝土异形柱结构，兼具几种结构体系的优点，将采用拟静力试验与数值计算方法对预制装配式钢管异形柱单个节点及整榀框架的受力与变形特征、抗弯与抗剪承载力、延性及耗能能力等特性进行深入的研究。并研究预制装配式钢管混凝土异形柱置于框架中能精确反映其力学性能的计算模型及相应抗震构造措施。根据试验与数值计算结果，全面考虑其柱肢高厚比、含钢率等因素的影响。提出相应的理论及计算方法。本课题的研究成果对提高我国异形柱结构的设计水平具有重要意义，也为设计工作及相应标准、规范的制定提供参考依据。

预制装配式钢管混凝土异形柱结构是异形柱结构和钢管混凝土结构相结合的一种新型结构体系，不仅具有异形柱结构使用面积大、美观适用和钢管混凝土结构承载力高、抗震性能好的优点，还具有现场施工工期短、节能减排的建筑产业化的特点。本项目进行了足尺预制装配式钢管混凝土异形柱框架节点和足尺两层两跨预制装配式钢管混凝土异形柱结构的抗震性能研究。.设计了32个不同锚固长度、不同灌浆料强度以及不同加载方式下的灌浆套筒极限抗压承载力以及粘结强度试验。试件破坏形态属于剪切破坏，随着灌浆料的强度增加，试件的抗剪能力提高，极限承载力增大；随着锚固长度的增加，试件的极限荷载值也随之增大；随连接长度的增加，试件的平均粘结强度与理论粘结强度的比值在降低；通过试验提出了适于实际工程的灌浆料强度以及锚固长度。.设计完成了18个不同截面、不同轴压比、不同加载角度的足尺钢管混凝土异形柱框架节点的低周期往复试验以及数值模拟计算，得到了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线，分析了承载力、位移角、延性、耗能能力、刚度退化等性能。结果表明：试件的破坏形态均为梁端的弯剪破坏；试件滞回曲线饱满，塑性变形能力较强，表现出良好的抗震性能；随着轴压比的增加，试件承载力提高，但延性反而降低；与普通钢筋混凝土异形柱结构相比，试件表现出较好的延性及耗能能力，抗震性能得到明显改善；装配式节点灌浆套筒的连接、梁柱的连接以及柱与楼板拼缝连接方式是可靠的。同时进行了钢管混凝土异形柱正截面承载力的影响因素分析，给出了预制装配式钢管混凝土异形柱框架节点恢复力模型和节点承载力计算公式。.设计了2个一榀两层两跨的足尺钢管混凝土异形柱边框架和中框架，通过低周期往复加载试验，分析钢管混凝土异形柱框架的受力过程和破坏形态，得到荷载-位移滞回曲线，研究钢管混凝土异形柱框架结构的承载力、层间位移角、延性、耗能能力、刚度退化等力学性能。结果表明：钢管混凝土异形柱框架结构破坏时形成梁铰机制，符合“强柱弱梁”的抗震设计要求；滞回曲线饱满对称，延性和耗能能力均优于钢筋混凝土异形柱框架。.通过试验研究和数值分析表明：该预制装配式异形柱结构体系构件连接可靠，结构整体的抗震性能良好，为发展预制装配式钢管混凝土异形柱结构提供试验与理论参考，也为我国预制装配式建筑的发展开辟了新的途径。