强震作用下SRC-RC竖向混合结构体系抗震性能与设计计算方法研究

SRC-RC hybrid structure adopts Steel Reinforced Concrete structure at bottom floors and Reinforced Concrete structure at the floors above, which has not only the merits of both structures but also the advanced prospect of application and popularization. But SRC-RC hybrid structure is easy to suffer serious seismic damage if no rational seismic design was applied, which is mainly due to stiffness mutation along building height. To promote the application and development of SRC-RC hybrid structure, seismic behavior needs to be revealed, the method of seismic design should be bring forward. This foundation will use the methods of experimental research, theoretical analysis and numerical simulation to study the performance of SRC-RC hybrid structure under strong earthquake. Relationship between seismic behavior of hybrid structure and damage evolvement of transfer area from Steel Reinforced Concrete to Reinforced Concrete will be revealed. Typical damage modes will be confirmed, parameters control method of damage modes will be established. Standard performance levels of SRC-RC hybrid structure and their disabled indexes will be put forward. The distribution of energy dissipation requirement and its calculation method will also be obtained. Based on the study, rational method of seismic design and configuration character for SRC-RC hybrid structure can be set up. The study of this foundation can solve the key problems of SRC-RC hybrid structure in design and application, promote the disaster prevention ability of SRC-RC hybrid structure, develop and enrich the design theory and method of hybrid structure.

下部采用型钢混凝土（SRC）、上部采用钢筋混凝土（RC）的SRC-RC竖向混合结构同时具备SRC的耐震性与RC的经济适用性，具有良好应用推广前景。但未经合理设计的SRC-RC竖向混合结构沿竖向存在刚度突变，强震中容易产生损伤集中并出现明显薄弱层。为推动SRC-RC竖向混合结构发展，揭示其抗震行为并建立设计计算方法是急需解决的问题。本项目拟采用试验研究、理论分析与数值模拟结合的方式，研究SRC-RC竖向混合结构在强震作用下的抗震性能，揭示结构转换区域损伤演化规律与整体结构抗震性能的相关性，确定结构体系的典型损伤破坏模式及其参数控制方法，提出不同性能水准及其失效的定量化判别标准，建立耗能需求的分布规律与计算方法，并最终给出合理实用的设计方法与抗震构造措施。通过本项目研究，可解决SRC-RC竖向混合结构设计计算与工程应用中的关键难题，增强结构的抗震防灾能力，促进混合结构抗震设计理论与方法的发展。

通过SRC-RC转换柱试件的低周反复荷载试件，观察并分析了转换柱试件的受力过程、破坏形态和特点，研究了荷载—位移滞回曲线、抗剪承载力、延性性能、侧移角、耗能能力、退化率和刚度等基本受力性能。研究了转换柱中钢与混凝土的共同工作，给出了力学模型。给出的模型可以较好的说明型钢与混凝土之间的内力传递，并可用于分析转换柱试件的破坏机理。根据转换柱特有的构造形式提出了等效剪跨比的概念，用于反映型钢局部存在对转换柱抗剪承载力的影响，给出了计算剪跨比与等效剪跨比的换算公式。给出了便于工程应用的抗剪承载力计算公式，计算结果与试验结果符合较好。型钢的配钢率对转换柱抗震性能与基本力学行为存在较大影响。.完成了无墙SRC-RC竖向混合框架及有墙SRC-RC竖向混合框架的抗震试验，对SRC-RC竖向混合框架进行了抗震性能研究。无墙SRC-RC竖向混合框在低周反复荷载下，梁端钢筋发生屈服形成塑性铰；柱根部和上层柱顶端以及变截面处发生严重的弯曲破坏，形成塑性铰，由此引发结构失效。有墙SRC-RC竖向混合框架在低周反复荷载下，下层梁全长产生交叉的剪切裂缝，在梁端发生严重的剪切破坏。上层墙体出现近似竖直的贯穿裂缝和倾斜的裂缝相互交错呈龟裂状。有墙框架与无墙框架进行对比可以发现，砌筑墙体后框架的承载力、屈服点均提高到无墙框架的3倍，且每个加载循环所消耗的能量（滞回环面积）显著提升。并且在墙体破坏前，有墙框架的抗侧移刚度大于无墙框架，并随着加载位移的提升而逐渐减小。当达到有墙框架的破坏位移后，有墙框架与无墙框架的抗侧移刚度相接近。.创建1个RC结构对比模型、4个转换柱设置在同一楼层的SRC-RC竖向混合框架结构模型和12个转换柱分别设置在不同楼层的SRC-RC竖向混合框架结构模型。利用大型通用软件SAP2000对其进行Pushover分析。根据Pushover分析结果，探讨转换方式的改变对结构基本力学行为的影响。当两侧转换柱所处楼层最高、中部转换柱次之时，SRC-RC竖向混合框架结构的抗震性能较好；在结构成为机动体系前，SRC-RC结构模型能出现较多的塑性铰来耗散罕遇地震作用释放出的能量。模型的延性系数均大于3.65，结构具有较好的变形能力，同时降低了SRC-RC竖向混合框架结构脆性破坏的可能性。整体模型与局部模型承载力相关系数较低，延性系数存在高度线性相关关系。