型钢混凝土异形柱框架抗震子结构混合试验研究

Steel reinforced concrete frame with specially shaped columns is an ideal structure of small high-rise residential. The current research on member level has been more in-depth, but the research on structure level of the integral seismic performance is still in the stage of exploration, only a small amount of quasi-static test. according to the mechanical characteristics of this new structure system, this project uses the method of OpenFresco platform based on the hybrid seismic test, with the OpenSees finite element analysis,by simplifying the flexible boundary loading condition and multi degree of freedom decoupling,and carring on a multiple degrees of freedom hybrid test which uses the middle frame (or edge frame) of two and a half as experimental element, the node of upper frame as the microscopic numerical elements, beam and column as the macroscopic numerical elements, through the analysis of failure process, the failure mechanism is described, and the change rules of seismic behaviour indexes with stiffness, strength, ductility, energy dissipation and others are researched.Based on the evaluation of the model of earthquake damage,a post-earthquake strengthening for partial structure is conducted, and a hybrid test is carried on again.Thus a more in-depth study of seismic performance of SRC frame with specially shaped columns.. Hybrid test considering ground motion input can reflect the structure of real stress state better, while retaining the accuracy with using only the substructure model and saving cost,the numerical elements using the finite element to avoid the traditional pseudo dynamic test on concentrated quality hypothesis, which is very useful for the greater refinement analysis of the seismic performancefor of steel reinforced concrete frame with specially shaped columns..

型钢混凝土异形柱框架是小高层住宅一种较为理想的结构形式，目前针对构件层面的相关研究已经较为深入，但对结构层面的整体抗震性能研究还处于探索阶段，仅进行过少量的拟静力试验，针对这种新型结构的特点，本项目采用"混合试验"的方法，通过柔性加载边界条件简化和多自由度的解耦，进行以两层半中框架（或边框架）为试验单元，上部框架节点为微观计算单元、梁柱为宏观计算单元的多自由度混合试验，通过分析破坏过程，研究结构破坏机理，刚度、强度、延性、耗能等抗震指标的变化规律；依据对模型震损程度的评估,有针对性地进行局部加固，对加固后的模型再次进行混合试验，从而更为深入地研究SRC异形柱框架这种新型结构的抗震性能。. 混合试验考虑了地震动输入可更为深入地反映结构真实受力状态，在保证精度的同时仅使用子结构模型节约了造价，计算部分使用有限元避免了传统拟动力试验的集中质量假设，可对SRC异形柱框架进行整体结构精细化的抗震性能分析。

型钢混凝土异形柱框架是改善传统钢筋混凝土异形柱框架力学性能的一种高效结构体系，本项目主要以子结构混合试验手段来探索上述结构体系的抗震性能。. 在试验平台方面，首先基于课题组前期研究成果在江苏省结构工程重点实验室内建立了两种抗震混合试验平台：MTS-Matlab-OpenFresco-OpenSees混合试验系统和基于MTS内部命令控制的抗震拟动力试验系统，并分别针对单榀框架模型和蜂窝型钢柱模型进行了验证性混合试验，证实了上述系统的可行性；在数值积分算法上提出了一种修正CD-Newmark组合数值积分算法，分无阻尼及有阻尼两种情况研究了组合算法的数值特性，找到了适合项目中混合试验应用的积分算法；研究了基于多点约束的多尺度混合试验界面连接方法和基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法，阐述两种新型抗震试验方法的关键问题，并分别进行了可行性验证试验。. 在数值模拟方面进行了整体结构弹塑性分析，对多层钢筋混凝土异形柱框架、型钢混凝土异形柱框架、钢管混凝土异形柱框架进行了静力Pushover分析、滞回分析和动力时程分析，对比分析不同框架的力学特性，为后续进行的混合试验提供研究基础；基于多尺度有限元模型进行了钢框架的地震时程分析，验证了多尺度方法用于抗震混合试验的可行性。. 在混合试验方面进行了型钢混凝土异形柱的构件拟静力试验，预先了解构件层面上试件的力学特性；然后基于型钢混凝土异形柱框架数值单元部分作为计算子结构，单柱及框架分别作为试验单元进行了型钢混凝土异形柱框架子结构混合试验，获取结构关键部位和整体结构的抗震性能，局部构件加固后再进行震损构件抗震性能试验，深入探索型钢混凝土异形柱框架结构整体抗震性能，在此基础上又研究了异形柱框架剪力墙结构的抗震性能。. 混合试验更为深入地反映结构真实受力状态，在保证精度的同时仅使用子结构模型节约了造价，计算部分使用有限元避免了传统拟动力试验的集中质量假设，可对SRC异形柱框架进行整体结构精细化的抗震性能分析。