方钢管高强混凝土柱低周疲劳损伤性能的理论与试验研究

在地震作用下，底层框架柱将不可避免地发生低周疲劳损伤，但目前人们对方钢管高强混凝土框架柱在不同加载模式下的低周疲劳损伤规律和损伤过程尚缺乏深刻的认识，对其地震损伤机理和如何防止其产生地震损伤破坏知之甚少。.本项目将基于"子结构"思想，对整体框架结构模型开展不同程度地震作用下方钢管高强混凝土底层框架柱的时间历程分析；考虑加载模式（考虑近场地震动的影响）、轴压比、长细比和材料强度等因素，开展方钢管高强混凝土框架柱的低周疲劳损伤理论分析与试验研究，建立方钢管高强混凝土框架柱的低周疲劳寿命方程；基于疲劳损伤性能的方钢管高强混凝土框架柱的抗震设计方法研究。本研究旨在从另一个角度揭示方钢管高强混凝土框架柱的地震损伤和破坏规律，为进行合理的抗震设计提供科学依据，促进基于低周疲劳性能的抗震设计理论在方钢管高强混凝土结构抗震设计中的应用，对开展其他类型钢-砼混凝土结构低周疲劳损伤性能研究亦有重要的参考价值。

在地震荷载下，建筑结构将难以避免地经历循环作用，结构或构件将遭受不同程度的损伤甚至破坏。实际上，建筑结构从其构件出现局部破损到整体倒塌往往要经历一段几次甚至几十次的往复循环过程，此时发生的便是低周疲劳累积损伤破坏。近些年来，钢管混凝土柱因其较高的承载力已在高层建筑中广泛应用，但是对于方钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的研究甚少，特别是对地震作用下的疲劳损伤过程和损伤规律缺乏一定认识，尚未提出能够有效避免低周疲劳破坏的抗震设计方法。因此，正确评估方钢管高强混凝土柱的低周疲劳寿命，对保障人民的生命、财产安全，减少地震灾害造成的损失具有重要的理论和应用价值。. 本项目完成的主要研究工作：.1．钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的试验研究. 通过不同的加载制度开展了10根(7根方形,3根圆形)钢管高强混凝土柱的低周疲劳试验，利用试验数据对钢管高强混凝土柱的强度、滞回性能以及耗能能力进行分析。结果表明：无论加载制度如何变化，钢管高强混凝土柱的滞回曲线都没有明显的捏缩现象，有着较强的塑性变形能力，同时兼具良好的耗能能力，表现出卓越的抗震性能。.2．钢管高强混凝土柱低周疲劳性能的理论研究. 本文基于张文福教授提出的钢管混凝土结构低周疲劳破坏准则，以钢管的疲劳极限作为钢管混凝土柱的疲劳极限。通过对试验数据的回归建立了在等幅位移荷载作用下钢管混凝土柱低周疲劳寿命的理论预测公式。通过雨流计数法统计得到随机位移荷载作用下的封闭滞回环数目，并得到相应的幅值。最后参考Miner准则和双参数地震损伤模型评估了本文钢管高强混凝土柱的低周疲劳累积损伤。.3、钢管高强混凝土框架的弹塑性地震响应与防倒塌设计. 按照不同的周期设计了28种钢管混凝土框架，运用ABAQUS对框架进行弹塑性地震分析，得到了框架在不同地震波作用下的弹性和弹塑性层间位移，从而计算出弹塑性位移增大系数；根据不同的轴压比选出了12种框架进行动力稳定性分析，得到了框架在三种地震波作用下结构动力失稳时的极限位移，并据此提出了钢管混凝土框架在实际工程中防倒塌设计的抗震设计建议。