钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构抗震性能及其设计理论研究

以钢筋混凝土柱-钢梁（RCS）组合框架结构体系为对象，设计和改进RCS组合节点的构造措施，通过试验研究、理论分析和数值模拟，分析节点构造措施、轴压比、剪压比等对节点破坏机理、承载力和抗震性能的影响，建立RCS组合节点的受剪承载力计算模型、计算公式和设计方法。在节点研究成果的基础上，研究RCS组合框架的破坏机制和整体抗震性能，建立结构整体变形和局部变形的关系，提出或改进组合框架梁柱构件和节点的单元模型和恢复力模型；分析组合框架破坏程度和楼层变形的关系，建立结构的性能水平、量化指标、抗震设防性能目标和非线性静力分析方法，建立组合框架结构的弹塑性需求曲线、结构延性需求与性能目标之间的关系，分析组合框架结构满足多级抗震目标的设计过程，提出RCS组合框架结构基于性能的抗震评估方法和设计方法。本项目对发展和完善RCS组合框架结构的设计理论、推广该组合框架在工程中的应用具有重要的理论和实际意义。

钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构（简称RCS）具有优异的受力性能，良好的经济性和施工性，是一种具有广阔发展前景的新型结构体系。.本项目提出了一种钢梁腹板贯通、翼缘部分切除的RCS组合节点形式。通过低周往复加载试验，研究了6种不同构造措施下节点的破坏过程、破坏形态和抗震性能。研究表明，合理的节点构造措施可增强内外混凝土的共同工作性能，从而提高节点的抗剪承载力和变形能力，所提出的组合节点具有良好的抗震性能。.根据试验和数值模拟结果，分析了8种节点构造措施的传力机理，提出了两种新的节点破坏模式，通过分析其破坏特征、发生条件等，给出了承载力计算建议。对不同构造情况下4个系列共计17个试件进行了数值模拟，研究了多种节点参数对RCS组合节点受力性能的影响，给出了面承板宽度等的合理范围。通过数值模拟，分别对所设计RCS组合节点的整体以及各个组成部分，在不同特征点时的受力特性进行了分析，得到了其传力途径和受力机理。.利用试验数据，对6组抗剪承载力公式进行计算分析，指出了各公式的特点和适用范围。通过分析节点区混凝土、钢梁腹板以及箍筋等的受力机理和其对节点承载力的贡献，提出了改进的RCS组合节点抗剪承载力公式。计算结果表明，改进后的公式计算结果准确且适用性好。.设计了1榀两层两跨钢梁腹板贯通、翼缘部分切除的RCS组合框架，并进行低周往复加载试验，研究了其破坏过程、破坏形态和抗震性能。结果表明，该组合框架属于“强柱弱梁”结构，弹塑性层间位移角介于1/27~1/22之间。分别对不同梁柱承载力比值和柱轴压比，共8个框架试件进行了有限元模拟。结果表明，随着梁柱承载力比值、轴压比的增大，框架的水平极限承载力和延性均降低。以试验结果为依据建立了适合于RCS组合节点的考虑刚度退化的三线型恢复力模型。.采用层间位移角和塑性铰相结合，作为RCS组合框架结构性能水平划分的依据。提出了四个性能水平，建立10个抗震设防目标。通过统计分析，提出了RCS组合框架在不同性能水平下的层间位移角限值。建立了基于地震加速度记录和基于设计反应谱的弹性和弹塑性需求谱曲线。通过单自由度的动力方程，以屈服承载力系数为参量，建立了基于延性系数的弹塑性需求谱方程。结合非线性静力分析，利用延性需求谱提出了基于性能的抗震评估和设计方法。.本项目研究成果可为有关规范和标准的制定，完善RCS组合框架的设计理论、推广其工程应用提供参考。