内配拉筋约束钢管混凝土柱抗震性能与动力响应数值模拟技术研究

Concrete filled steel tube (CFST) members have been widely used in the engineering practice, especially the prefabricated buildings, recently. However, under horizontal cyclic load, the column end is vulnerable due to the metal fracture of steel tube and crash of infilled concrete which led to a unsatisfactory seismic behaviors. Stirrup-confined concrete filled steel tube (SCCFST) columns could provide more valid confinement effect on the core concrete and therefore the ultimate bearing capacity, the ductility and hysteretic behaviors of column are upgraded. While SCCFST columns show an excellent application prospect in seismic engineering, the current knowledge of their composite actions and collapse mechanism under earthquake motion are insufficient nevertheless. Moreover, the current analytical approaches still confront some problems such that the hysteretic loops is plump and difficulty of convergence. Hence, this research project will conduct hybrid load test under different axial force ratio and seismic acceleration of SCCFST columns to explore their dynamic response and seismic energy dissipation capacity. Meanwhile, an accurate finite element model with considerable numerical stability will be proposed to further discuss the composite actions among steel tube, stirrups and infilled concrete. At last, a simplified macro model for the dynamic analysis of SCCFST columns will ed presented, in order to explain the influence of ground motion characteristics including period, amplitude and ground motion types.

钢管混凝土构件近年来在结构工程特别是装配式建筑中得到了广泛的应用,但其在低周往复荷载作用下却极易发生柱端破坏,从而严重影响其抗震性能。内配拉筋约束钢管混凝土柱能够显著提升钢管对核心混凝土的约束效果，增强其承载能力、延性、滞回耗能能力等指标，在结构抗震领域有着良好的应用前景。但是，现有针对该类构件的研究多关注其静力性能，对其在地震荷载下的组合作用机理与失效机制尚不能清晰阐述，其相关抗震设计理论亦亟待完善。同时，现有数值分析方法存在滞回曲线过于饱满、动力响应分析收敛性差等问题，难以准确描述该类构件在地震荷载下的行为。本项目通过开展拟动力试验，探讨内配拉筋约束钢管混凝土柱在不同轴压比与地震波作用下的动力响应与塑性耗能机理，通过开发精细化有限元模型，进一步探讨构件在地震荷载下各组分间的组合作用模式以及设计参数的影响，开发宏观动力响应分析模型，对持时、幅值等地震波特性对构件响应的影响进行研究。

钢管混凝土构件近年来在结构工程特别是装配式建筑中得到了广泛的应用,但其在低周往 复荷载作用下却极易发生柱端破坏,从而严重影响其抗震性能。内配拉筋约束钢管混凝土柱能够显著提升钢管对核心混凝土的约束效果，增强其承载能力、延性、滞回耗能能力等指标，在结构抗震领域有着良好的应用前景。但是，现有针对该类构件的研究多关注其静力性能，对其在地震荷载下的组合作用机理与失效机制尚不能清晰阐述，其相关抗震设计理论亦亟待完善。 同时，现有数值分析方法存在滞回曲线过于饱满、动力响应分析收敛性差等问题，难以准确描述该类构件在地震荷载下的行为。本项目通过开展拟动力试验，探讨内配拉筋约束钢管混凝土 柱在不同轴压比与地震波作用下的动力响应与塑性耗能机理，通过开发精细化有限元模型，进一步探讨构件在地震荷载下各组分间的组合作用模式以及设计参数的影响，开发宏观动力响应分析模型，对持时、幅值等地震波特性对构件响应的影响进行研究。. 同时，针对机器学习算法在钢管混凝土研究领域的应用，开展了如下工作。利用Sine-cosine算法优化支持向量回归模型的超参数，对圆钢管混凝土柱的轴压承载能力进行预测。首次实现了利用机器学习算法对钢管混凝土柱轴压全过程曲线的预测。将LSTM算法引入解决利用有限数据库对圆钢管混凝土柱的轴压荷载-应变曲线的计算问题。通过量化组合作用对极限承载力的贡献定量地研究了圆钢管混凝土短柱受轴压荷载时的设计参数匹配性。开发了一种基于纤维单元的钢管混凝土桥墩动力响应实用分析模型。该模型兼顾了计算效率与较高的计算精度。