装配式复式钢管混凝土框架抗震性能与设计方法研究

基本信息
批准号:51878056
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:赵均海
学科分类:
依托单位:长安大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张冬芳,张常光,朱倩,孙珊珊,石晶,胡壹,董婧,王博,马康凯
关键词:
设计方法框架复式钢管混凝土柱抗震性能装配式连接
结项摘要

Concrete-filled double-skin steel tubular (CFDST) column can be used in the composite structures of the seismic regions due to the excellent mechanical behaviors such as high loading capacity, good ductility and energy dissipation ability, strong collapse-resisting capacity, and etc. To follow the development on building industrialization of our country, this project will propose a prefabricated CFDST structural system which exhibits reliable performance and convenient for construction. T-section connectors and U-section wrapping components are adopted to realize the connection of the upper and lower columns by bolts in the prefabricated CFDST column, extended end-plates and strengthened blocks are used to connect the beam and column through bolts to form beam-column prefabricated joint. The seismic behavior and design methodology of the prefabricated CFDST column, beam-column prefabricated joint, steel-moment frame system will be investigated by experimental studies, numerical simulation and theoretical analysis. And the failure mechanism, bearing capacity, ductility and energy dissipation capacity, etc. will be analyzed. Then the bearing calculation method and the force-restoring model of the prefabricated structural system will be proposed. Besides, the calculations of the elastic and elastic-plastic story drift ratio of the prefabricated structural system will be developed. Lastly, the detailed anti-seismic constructional schemes of this prefabricated structural system will be proposed, and the seismic design methodology on the limiting value of the story drift ratio will be also suggested. These conclusions of the project will be used to provide the theoretical foundation for making the national regulation or the industrial standard. The proposed fabricate structural system of the project will be significantly in accelerating the development of building industrialization and promoting the comprehensive national strength of our country.

复式钢管混凝土柱具有承载力高、延性及耗能能力好、防倒塌能力强等优点,可应用强震地区的组合结构中。为适应建筑工业化发展趋势,本项目提出一种性能可靠、安装便捷的装配式复式钢管混凝土结构体系,该装配式体系在框架柱中采用T形连接件和外包U形钢通过螺栓连接,以实现上、下柱拼装;采用外伸端板和加强块进行螺栓连接柱、梁,以实现梁柱节点拼装。针对装配式复式钢管混凝土柱、梁柱装配式节点及框架体系,开展试验研究、数值模拟和理论分析,研究其破坏机理、承载力、延性与耗能能力等抗震性能,提出该装配式柱、节点及框架体系的承载力计算方法,建立其恢复力模型,推导弹性、弹塑性层间位移角计算式。最后提出适用于该装配式复式钢管混凝土框架结构的抗震构造措施和基于层间位移角限值的抗震设计方法,为制定国家规范或行业标准提供理论依据。本项目提出的装配式复式钢管混凝土结构体系,对加快我国建筑工业化生产进程,提升综合国力具有重要意义。

项目摘要

复式钢管混凝土柱具有承载力高、刚度大、延性好、耗能能力好等优点,已在实际工程中得到推广应用。本项目以国家大力发展装配式结构的政策为导向,研发了性能可靠、安装便捷的装配式复式钢管混凝土结构体系。通过试验、数值模拟和理论分析研究所研发体系的抗震性能,所完成的主要工作总结如下:1.试验研究,对3榀装配式复式钢管混凝土框架、6榀装配式复式钢管混凝土框架-剪力墙结构、12个装配式复式钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验;研究了各装配式结构典型的破坏特征以及各参数对结构体系抗震性能指标的影响,试件的承载力高、延性系数大、耗能能力好,表明所提出的结构体系具有良好的抗震性能。2.数值模拟,建立了装配式复式钢管混凝土框架体系和装配式复式钢管混凝土梁柱节点的精细化有限元模型,有限元分析得到的破坏形态、滞回曲线、初始刚度与试验结果吻合良好,验证了模型的正确性与合理性;从几何参数和材料参数两方面进行了参数分析,进一步分析了柱中内外钢管及连接部件的应力分布,结果表明框架传力机制清晰,钢板剪力墙能较好地耗散地震能量。3.理论分析,提出了装配式复式钢管混凝土框架体系的承载力计算方法和设计方法,提出了采用端板螺栓连接装配式复式钢管混凝土梁柱节点的初始转动刚度分析模型、极限弯矩承载力计算方法和弯矩-转角关系模型,基于理论模型的结果与试验结果吻合较好。研究成果可为复式钢管混凝土结构的应用提供参考和借鉴,对加快我国建筑工业化生产进程具有重要意义。.在本项目的资助下,出版专著1部,授权发明专利3项,累计培养博士9名,硕士11名,发表学术论文49篇,其中SCI检索22篇,EI检索11篇,资助团队青年教师及硕博生参加国际学术会议6人次,国内高水平学术会议8人次,已超额完成申请书中提出的各项目标。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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