型鋼高強(qiáng)混凝土框架結(jié)構(gòu)多尺度力學(xué)性能研究.pdf

1、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)以其剛度大、承載能力高、抗震性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn),成為高烈度設(shè)防地區(qū)高層、大跨、重載及高聳結(jié)構(gòu)的首選結(jié)構(gòu)形式。將高強(qiáng)混凝土用于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中,可實(shí)現(xiàn)兩種材料間更好的協(xié)同工作,迎合了結(jié)構(gòu)在垂直方向和水平方向的發(fā)展趨勢(shì),促成了優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能和良好的經(jīng)濟(jì)效益,但隨之而來的是原有理論的局限性和不適用性,加之全球大震、巨震頻發(fā)期的到來,對(duì)型鋼高強(qiáng)混凝土(SRHSC)框架結(jié)構(gòu)多尺度力學(xué)性能評(píng)價(jià)與震害損失期望分析迫在眉睫。
　

2、　論文以SRHSC框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,采用物理模型試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值模擬相結(jié)合的研究手段,探究了構(gòu)件尺度的關(guān)鍵力學(xué)問題,揭示了地震損傷在諸尺度間的遷移規(guī)律,并建立了宏觀尺度的地震損傷模型,實(shí)現(xiàn)了單體建筑震害損失期望分析。主要研究工作和研究結(jié)論有:
　　(1)基于19榀SRHSC簡(jiǎn)支梁的力學(xué)性能試驗(yàn),觀察了諸試件的裂縫開展模式及破壞形態(tài),揭示了影響梁力學(xué)性能的主要因素,探討了混凝土強(qiáng)度、含鋼率、剪跨比、荷載類型、剪切連接方式及翼緣

3、寬度比對(duì)梁力學(xué)性能的影響規(guī)律,給出了不同連接方式下型鋼與混凝土界面間的剪切計(jì)算方法,提出了短期荷載效應(yīng)下梁構(gòu)件抗彎剛度的建議公式,最終建立了適用于SRHSC梁的正截面抗彎、斜截面抗剪承載能力計(jì)算模型與計(jì)算公式。
　　(2)基于16榀SRHSC框架柱的抗震性能試驗(yàn),觀察了諸試件的裂縫開展模式及破壞形態(tài),對(duì)典型破壞形態(tài)進(jìn)行了機(jī)理分析,得到了評(píng)價(jià)框架柱抗震性能的諸項(xiàng)指標(biāo),探討了影響柱抗震性能的主要因素,揭示了混凝土強(qiáng)度、剪跨比、軸壓比及

4、體積配箍率對(duì)SRHSC柱抗震性能(材料應(yīng)變分布、恢復(fù)力特性、變形能力及滯回耗能能力)的影響規(guī)律。
　　(3)權(quán)衡計(jì)算精度與計(jì)算成本后,論文分別提出了基于ABAQUS軟件平臺(tái)的構(gòu)件尺度數(shù)值建模理論和基于OpenSees軟件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺度數(shù)值建模理論,內(nèi)容涉及材料本構(gòu)模型及單元的選取、內(nèi)嵌型鋼與混凝土間粘結(jié)滑移在數(shù)值建模中的實(shí)現(xiàn)、添加新材料和新單元子類的技術(shù)手段、建模理論的可靠性驗(yàn)證,等。
　　(4)基于梁、柱及樓層典型力學(xué)性能

5、指標(biāo)建立各自震害指數(shù)計(jì)算模型,分別利用試驗(yàn)方法和數(shù)值方法對(duì)構(gòu)件、樓層尺度主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行損傷敏感性分析,揭示了損傷在梁、柱構(gòu)件與樓層間的遷移規(guī)律,并探究了框架梁等效翼緣寬度、框架柱軸壓比等性能參數(shù)對(duì)樓層損傷的影響,最終建立了循環(huán)荷載作用下SRHSC框架結(jié)構(gòu)樓層損傷模型。
　　(5)根據(jù)給出的框架梁和框架柱端部屈服轉(zhuǎn)角及極限轉(zhuǎn)角和樓層尺度層間最大位移角的計(jì)算公式,明確了SRHSC框架結(jié)構(gòu)損傷模式的判定準(zhǔn)則,并基于結(jié)構(gòu)第一自振周期和結(jié)

6、構(gòu)頂點(diǎn)最大位移的變化以量化建筑結(jié)構(gòu)損傷,揭示了地震動(dòng)強(qiáng)度、地震波屬性及結(jié)構(gòu)高寬比對(duì)整體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響規(guī)律,在充分考慮損傷樓層位置、數(shù)量及損傷程度對(duì)整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響后,提出樓層“損傷權(quán)值系數(shù)”的確定方法,最終建立適用于SRHSC框架結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的地震損傷模型。
　　(6)基于提出的不同設(shè)防烈度下場(chǎng)地指定烈度超越概率計(jì)算公式,給出了不同設(shè)防烈度下建設(shè)場(chǎng)地的地震危險(xiǎn)性曲線,建立了最大層間位移角與結(jié)構(gòu)輸入地震動(dòng)強(qiáng)度間的回歸公式,