带暗支撑高阻尼混凝土组合核心筒结构体系的研究

As the main lateral force resistant member, concrete core wall has been used in high-rise hybrid structures more and more widely. The research results show that wall limb and coupling beam with concealed diagonally reinforced bracing can improve the seismic performance of concrete core wall, but their application is limited by the complicated fabrication process because of the closely spaced stirrups around the diagonal reinforcement, which also cause steel congestion problems. It is also shows that wall limb with concealed steel truss or steel plate can improve the seismic performance of concrete core wall too, but it is not economic enough to popularize. In order to enhance the seismic resistance performance of the concrete core wall, a new structural system composed of embedded steel plate with shear studs composite coupling beams, embedded steel brace with shear studs composite wall limbs and laminated column with steel tube is presented. In this Project, the influences of coupling beam, wall limb and laminated column on seismic behaviors of core wall shall be investigated in detail by doing lots of experiments and computer simulation analysis. then the optimal combination plan of coupling beam, wall limb and laminated column can be found, and a new type of composite concrete core wall system which has higher load-bearing capacity, better ductility and multiple seismic fortification lines for earthquake-resistant will be formed. To promote the application of the proposed structural system in the engineering, a precise nonlinear finite element analysis method and a practical analysis method of the proposed structural system shall be presented. Meanwhile, probabilistic performance-based seismic design method of the proposed structural system will be set up.

混凝土核心筒是高层混合结构的主要抗侧力构件, 目前在工程中广泛应用。研究表明：在墙肢和连梁中设置钢筋暗支撑，可以提高核心筒的抗震能力，但钢筋拥挤难以施工；在墙肢中内置钢桁架或钢板，也可以提高核心筒的抗震能力，但太不经济难以推广。为了改善混凝土核心筒的抗震能力，提出由内置带抗剪钉钢板混凝土连梁、内置焊接抗剪钉钢斜撑混凝土墙肢与叠合柱角部组合形成一种高阻尼混凝土核心筒结构新体系。本项目拟从研究连梁、墙肢与叠合柱角部对核心筒整体抗震性能的影响入手，通过大量的试验研究与计算机仿真分析，寻找使核心筒结构保持良好抗震性能的连梁、墙肢、叠合柱角部最优组合设置方案，形成一种可以充分发挥核心筒空间结构特点，承载力与延性高、能耗散大量地震能量且具有多重防线特征的新体系。为了在工程中推广应用该种结构体系，本项目进一步发展了适用于该体系的非线性分析精细与实用有限元方法，建立了适用于该体系的基于概率性能的设计方法。

带暗支撑高阻尼混凝土核心筒结构是由内置钢板混凝土连梁、内置X型钢板暗支撑混凝土墙肢、强约束角柱与边柱组合形成的一种新体系。本课题对该组合核心筒结构体系的抗震性能进行了试验研究与理论分析，主要研究内容和结果如下：.(1).以本土水泥浆或砂浆为基体成功配制出ECC，在ECC中掺加聚合物得到高阻尼ECC。对各种配比的ECC进行了一系列材性试验，通过9根大尺寸高阻尼ECC梁振动试验，得到了高阻尼ECC的最优聚灰比。.(2).完成了9根强约束柱抗震性能试验，应用ABAQUS软件建立了强约束柱（包括叠合柱）精细有限元分析模型，通过参数分析得到框架柱延性系数与配箍特征值的关系、钢筋ECC柱的最小体积配箍率取值、叠合柱的合理构造方案。.(3).完成了8片带暗支撑高阻尼剪力墙抗震性能试验，完成了4片双肢高阻尼剪力墙抗震性能试验。应用ABAQUS软件、MSC.MARC软件建立了剪力墙精细有限元分析模型，通过数值模拟得到剪力墙塑性长度计算公式、墙肢和连梁含钢率的合理取值、暗支撑的合理设置方案。.(4).完成了不同角柱型式（箍筋加密柱，型钢叠合柱，钢管混凝土叠合柱）、不同暗支撑布置形式（每层设暗支撑、两层设暗支撑）、不同高宽比（1.33与1.78）、不同轴压比（0.1与0.2）、不同加载方式（单向与斜向）共8个组合核心筒的抗震性能试验。.(5).应用ABAQUS软件，建立了以实体单元为基础的组合核心筒精细有限元分析方法，应用OpenSees软件，建立了以宏观单元模型为基础的组合核心筒实用有限元分析方法。完成了单向、斜向、偏心静力荷载下组合核心筒的弹塑性分析及增量动力弹塑性分析（IDA），得到了各种工况下组合核心筒抗震性能指标及剪力滞后效应的变化规律，研究了轴压比、高宽比、连梁跨高比、角柱型式、暗支撑布置形式等对组合核心筒弹塑性性能的影响。.(6).研究了位移反应谱、研究了组合核心筒性能指标限值，建立了基于位移的组合核心筒体系的抗震设计方法。.(7).将组合核心筒置于高层框筒结构中，通过拟静力试验、耐震时程法、基于能量平衡的 MPA 法，进一步论证了组合核心筒的优越性。