多腔钢管混凝土异形截面巨型柱框架结构抗震机理研究

针对超高层建筑异形截面巨型柱框架结构抗震设计关键问题，发展钢-混凝土组合巨型柱的截面型式与构造，研发新型多腔钢管混凝土异形截面巨型柱及其巨型框架结构。以重大工程为依托，较系统地进行两种异形截面多腔钢管混凝土柱、一种巨型斜撑及典型巨型框架子结构的抗震性能试验研究与数值模拟，分析其结构及构件的承载力、刚度、延性、抗震耗能及损伤破坏演化过程，研究其屈服机制，揭示其抗震机理。基于巨型框架结构及构件的试验与理论研究，建立多腔钢管混凝土异形截面巨型柱的恢复力模型和承载力计算模型。结合超高层建筑工程实际，引入相关研究成果，进行有限元建模，计算分析"巨型框架-核心筒-伸臂桁架"结构整体的地震反应，研究不同设计参数的巨型框架对巨型结构整体抗地震倒塌能力的贡献，给出巨型框架合理屈服机制及其构件设计参数的确定方法。提出多腔钢管混凝土异形截面巨型柱框架结构的抗震设计方法与构造措施，为工程应用奠定基础。

超高层巨型框架结构抗震设计面临着诸多新的技术问题，超大型复杂截面巨型柱及大型复杂空间巨型节点的出现，给巨型框架结构抗震设计带来了巨大挑战。重大工程亟需建造亟需研发新型构造的高性能巨型柱框架结构抗震体系。本项目贡献概要：. 较系统完成了32多腔钢管混凝土异形截面巨型柱模型试件低周反复荷载试验、12个多腔钢管混凝土异形截面巨型柱模型试件受压性能试验、16个巨型撑轴向往复拉压性能试验、2个多腔钢管混凝土异形截面巨型柱框架子结构的低周反复荷载试验。研究了不同设计参数的多腔钢管混凝土异形截面巨型柱、巨型支撑及其巨型框架结构的损伤过程和破坏机制，揭示了抗震机理，建立了其抗震分析的力学模型和理论公式，给出了其抗震设计方法与构造措施。. 创新了独特构造的多腔钢管混凝土异形截面巨型柱框架，形成了高效抗震体系。将创新的高性能超大复杂截面多腔体钢管混凝土巨型柱、高性能复杂巨型节点、巨型梁、巨型撑有效地连接在一起，形成了高效巨型框架-支撑抗震体系，具有多道抗震防线。获得了较系统的多腔钢管混凝土异形截面巨型柱框架结构及构件受力性能试验成果。基于试验研究、理论分析、数值模拟和设计方法研究，形成了多腔钢管混凝土异形截面巨型柱框架结构关键抗震理论与技术。. 研发的多腔钢管混凝土异形截面巨型柱框架结构抗震体系，突破了超大型复杂截面巨型柱框架结构抗震设计的巨大技术挑战，抗震性能好，性价比合理，为解决超高层巨型框架抗震难题提供了关键技术支撑，具有重要科学意义和工程价值。研究成果在多项大型工程中成功应用，效果良好。