部分预制装配型钢混凝土柱受力行为与抗震设计方法研究

基本信息
批准号:51578443
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:杨勇
学科分类:
依托单位:西安建筑科技大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:薛建阳,任瑞,于云龙,刘如月,李辉,薛亦聪,张超瑞,马新堡
关键词:
设计方法型钢混凝土结构受力行为预制装配结构抗震性能
结项摘要

The construction procedures of Steel Reinforced Concrete (which is abbreviated as SRC structures) are very complicated and costly, which is a big barrier to its widely application in high-rise buildings. In order to solve this big problem, a new kind of SRC structures named Partial Prefabricated SRC structures (which is abbreviated as PPSRC structures) is invented, and the PPSRC columns will be fully studied in this applying program. Firstly, a set of experimental and numerical methods to study the PPSRC columns’ behavior which considering the two-stages loading influences will be presented. And then series of experiment and numerical analysis on mechanical behaviors under both axial compression and eccentric compression will be conducted, From which, the confinement mechanism of the inner concrete in the PPSRC columns will be fully studied and revealed, and a set of confinement constitutive relations of the inner concrete will be presented. Based on the experimental results and the constitutive relations, a set of design theories on PPSRC column’s cross-section load-bearing capacity and rigidity will be founded, which will fully consider the confinement effect and two-stage loading influences. Secondly, series of pseudo-static tests of PPSRC columns will be conducted too, with the aim to study the seismic performance of PPSRC columns. From the tests results, together with lots of numerical analysis results, the seismic performance such as the failure modes, ductility, deformation, load-bearing capacity will be fully studied, and then the limiting values of both the axial compression ratio and the elastic plasticity deformation will be advised, and the restoring force model will be especially presented, and then the seismic deign methods of the PPSRC columns will be founded. Thirdly, a series of tests on the failure mechanism and design approaches of connections of PPSRC columns will be also completed, in those tests, two kinds of PPSRC columns’ connections will be focused on, and from the tests results, a set of good connections will be introduced, and the design methods together with some special detailing requirements will be presented. Finally, the design methods of PPSRC columns will be completely founded, which will be very important and helpful to the application of this innovative kind structure.

针对型钢混凝土柱施工复杂、工序繁多的不足,提出部分预制装配型钢混凝土柱(简称PPSRC柱)设计思路和截面优化形式。研发能考虑二阶段受力的PPSRC柱受压性能试验加载装置和数值模拟方法,全面开展PPSRC柱轴压和偏压试验与数值分析,考察PPSRC柱中内部“刚心区”混凝土受约束机理,提出内部“刚心区”混凝土约束本构关系,建立能同时考虑“刚心区”约束效应和二阶段受力影响的PPSRC柱截面承载能力和刚度计算理论。结合PPSRC长柱和短柱低周反复拟静力试验,研究PPSRC柱地震破坏机制,提出PPSRC柱轴压比限值及弹塑性变形限值取值,建立PPSRC柱弹塑性恢复力模型,形成PPSRC柱抗震设计方法和弹塑性分析方法。开展PPSRC柱的柱中连接及柱底连接拟静力试验,深入考察连接破坏机制,并建立连接设计计算方法。最终形成PPSRC柱成套设计和施工方法,为PPSRC结构的工程推广应用提供理论依据和科学支撑。

项目摘要

本项目创新提出部分预制装配型钢混凝土(Partially prefabricated steel reinforced concrete,PPSRC)柱,并通过理论分析与数值模拟优化其截面形式。结合静力与拟静力试验,研究了PPSRC柱在静力荷载下的轴压性能、偏压性能及压剪性能,同时研究了PPSRC长柱与短柱在低周往复拟静力荷载下的抗震性能。在静力试验研究的基础上,结合数值模拟,首先提出了提出了PPSRC柱“刚心区”混凝土约束本构模型,并建立了考虑型钢和箍筋对混凝土约束作用的PPSRC柱轴压承载力计算方法;之后提出了PPSRC柱正截面偏压承载力和使用阶段截面弯曲刚度计算方法;最后建立了PPSRC柱的压剪承载力计算方法。在拟静力试验研究的基础上,结合数值模拟,分别提出了PPSRC长柱与PPSRC短柱的压弯及压剪承载力计算公式,进一步提出了PPSRC柱的轴压比限值计算方法。最终针对现有规范规程计算型钢混凝土梁柱构件时的固有缺陷,提出基于剪切变形协调关系的型钢混凝土梁柱构件受剪承载力统一模型。针对预制装配构件间连接性能难以保证的问题,本项目创新提出2种PPSRC柱间连接形式,并正在进行相关试验研究。基于上述试验研究、数值模拟与理论分析,本项目提出了PPSRC柱的基本受力性能与抗震性能设计方法,为PPSRC柱的实际工程应用提供了基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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