钢管混凝土框架-核心筒减震结构基于性能的抗震设计方法研究

The use of concrete-filled steel tubular (CFST) frame - core wall mixed structure has attracted the interest of structural engineers in recent years, and several high-rise buildings have utilized this mixed structure in China. The seismic performance of the CFST frame - core wall structure can be improved by setting the dissipation devices and achieved higher performance objectives to resist the random stronger earthquake, but the research on performance-based design method of the CFST frame - core wall structure with dissipation decives has not been reported. In this project, the method of combination of experimental study、numerical calculation and theoretical analysis has been adopted to research the CFST frame - core wall structure with dissipation decives. The performance indexes of this damping mixed structure have been proposed, whilst the different seismic fortification level has been established. The evaluation of seismic performance of the damping structure has been made, while the seismic performance gradations of the structure have been formulated by the pseudo-static test and numerical analysis, and the multi-level seismic performance objectives should be established according to economy and reliability. The quantitative relationship of the performance index、the seismic fortification intensity and the performance objectives of the CFST frame - core wall structure with dissipation decives has been established finally, whilst the verification and the modification of the relationship have been performed based on design of the practical project and simulated seismic shaking table test，in this way the seismic performance-based design method of the CFST frame - core wall structure with dissipation decives can be established. The application of the energy dissipation technology in the structural engineering will be widen because of the research results of this project, moreover the research results can provide the scientific basis for the engineering application of the CFST frame - core wall structure with dissipation decives and the formulation and revision of the national standards, which would be important to the development of the seismic technology of China.

将耗能减震构件设置于钢管混凝土框架-核心筒结构中，可以改善结构的抗震性能，达到更高的性能目标来抵御具有高度随机性的地震，但对于该减震结构基于性能的设计方法还未见相关研究。本项目以钢管混凝土框架-核心筒减震结构为研究对象，采用试验研究、数值计算和理论分析相结合的方法，提出钢管混凝土框架-核心筒减震结构的性能指标，针对不同的地震设防水准，对该减震结构的抗震性能进行评定；通过拟静力试验和数值分析制定出减震结构的抗震性能等级，并基于经济性和概率可靠度确立结构的多级抗震性能目标，从而建立起减震结构性能指标、地震设防烈度和结构性能目标的量化关系，同时通过实际工程设计和模拟地震振动台试验对其进行验证和修正，最终建立起钢管混凝土框架-核心筒减震结构基于性能的抗震设计方法。本项目的研究成果将拓宽耗能减震技术在结构工程中的应用，为钢管混凝土框架-核心筒减震结构的工程应用和相关国家标准的制定和修订提供科学依据。

钢管混凝土框架-核心筒减震结构是一种抗震性能优良的新型结构体系，对其抗震性能和设计方法进行研究具有明确的科学和工程意义。本课题基于原定研究目标，结合本课题前期的相关研究成果，主要完成了：①钢管混凝土框架-剪力墙减震结构抗震性能的试验研究，对钢管混凝土框架-剪力墙减震结构的承载能力、变形特点和耗能能力等抗震性能进行了研究，并对设置防屈曲支撑和粘滞阻尼器的钢管混凝土结构进行拟静力数值模拟和参数分析；②钢管混凝土框架、剪力墙和减震装置性能指标的建立。通过对国内外大量试验数据的汇总，结合理论研究和数值模拟，提出一种结构性能水准的量化划分方法，确立了相关构件不同性能水准下的性能指标，量化表达了结构性能水准与构件性能水准的关系，并确定了不同性能水准下的整体结构水平位移角限值；③采用Perform-3D软件建立了钢管混凝土框架-核心筒减震结构的纤维模型，进行了不同地震波作用下的整体动力弹塑性分析，研究了分别设置防屈曲支撑和粘滞阻尼器的钢管混凝土框架-核心筒减震结构的工作机理，并从剪力分配、弯矩分配、构件弹塑性性能和耗能比例等方面对该减震结构体系的协同工作机理和破坏模式进行了研究；④结合前几部分的研究成果，采用层间位移角作为整体性能指标，建立了基于性能的钢管混凝土框架-核心筒减震结构的简化抗震设计方法。⑤为了验证前几部分的研究结果，以实际工程为背景，对某实际钢管混凝土框架－核心筒减震结构进行了模拟地震振动台试验，采用本课题的设计方法对该结构进行了性能设计。通过对地震作用下该减震结构的加速度、位移和应变等方面的试验数据和试验现象对研究成果进行分析验证。本项目的研究成果在一定程度上拓宽了耗能减震技术在结构工程中的应用，为钢管混凝土框架-核心筒减震结构的工程应用和相关国家标准的制定和修订提供科学依据。. 基于本课题已发表SCI收录论文2篇，EI收录论文1篇，中文核心期刊论文3篇，国际会议论文3篇，国内会议论文3篇，普通期刊论文1篇，获得国家实用新型专利3项。培养毕业研究生6人，在读硕士研究生7人。