采用可更换梁柱连接的预制装配型钢混凝土结构受力行为及抗震设计方法研究

Considering the characteristics of partially precast steel reinforced concrete (PPSRC) structures, some design concepts in joint area are proposed here, in which the beam-column joints keep tough, and the beam and column connections are dissipative and replaceable after damaged. Firstly, the connection method in the beam-column joint area is improved from the traditional steel sleeve method, and the failure mode, force transfer mechanism and capacity calculation method will be analyzed and put forward by the results of Pseudo static test and numerical simulation. Secondly, further optimized beam-beam connection and column-column connection forms, the bearing type and the dissipative type, are also proposed here. Through the Pseudo static test and numerical simulation, the failure mechanism, ductility, energy-dissipation of these connections will be thoroughly analyzed, and meanwhile, the elasto-plastic restoring force model will be further investigated and established. Then, the Pseudo static tests of the intact PPSRC frame with replaceable connections and the damaged PPSRC frame with replaced connections will be conducted to explore the failure modes, stiffness and deformation capacities. Based on the mechanical model of variable cross-section beams, the equivalent stiffness calculation method considering the shear deformation will be proposed. Finally, some practical design methods, such as stiffness reduction and force modification, will be established. The design parameters, such as the limit value of interstory drift, will be further proposed. These analyses of mechanical behavior and the design method can be used for the design of these connections and provide significant foundations for further research.

充分结合部分预制装配型钢混凝土(PPSRC)结构的预制拼装特点,提出“弹性节点核心区、塑性梁柱连接区、震后可更换易修复”的梁柱连接抗震设计思路。研发钢板套筒式节点核心区连接方式,开展节点试件拟静力试验和数值模拟分析,研究节点核心区剪力传递机制、失效机理和承载能力验算方法。研发“普通型”和“耗能型”两类可更换梁柱连接件,并结合连接件拟静力试验和数值模拟分析,研究连接件受力性能、工作机理及设计方法,建立两类连接件的弹塑性恢复力模型和关键点参数计算方法。分别开展采用可更换连接件PPSRC框架和重新更换连接件后PPSRC框架拟静力试验,研究结构抗震性能和刚度、内力及变形特点,基于变截面刚度梁力学模型,提出考虑剪切变形的等效刚度计算方法,形成结构刚度、内力及变形分析方法。研究连接段刚度折减法、连接件内力调幅法等屈服机制控制方法,给出层间位移限值等结构性能指标取值,最终形成成套抗震设计理论和方法。

本项目创新提出了多种适用于部分预制装配型钢混凝土（partially prefabricated steel reinforced concrete，PPSRC）体系的连接形式，其中包括了PPSRC梁柱连接形式和PPSRC柱间连接形式，结合拟静力试验、数值分析与理论建模，研究了多种节点连接形式在低周往复拟静力荷载下的抗震性能。.本项目首先提出了适用于PPSRC梁柱连接的屈曲约束狗骨式节点和自复位节点，并通过理论分析优化其截面形式。结合拟静力试验，研究了两种节点形式在低周往复拟静力荷载下的抗震性能。在拟静力试验研究的基础上，对狗骨式节点的破坏形态和抗震性能指标进行了分析，并提出了梁段受弯承载力计算方法；对自复位节点受力机理和复位性能、耗能性能等抗震性能指标进行了分析，提出了节点弯矩-转角理论计算模型。基于上述自复位PPSRC节点，本项目创新提出了PPSRC框架结构，并结合拟静力试验，研究了该框架结构在往复拟静力荷载下的抗震性能，进一步对其损伤演化机制和复位性能等抗震性能指标进行了分析，最终提出了抗震设计方法。.基于上述研究，本项目进一步创新提出了采用可更换双侧角钢、单侧角钢和双侧加劲肋角钢的“耗能型”梁柱连接节点，并通过理论分析优化了可更换角钢的截面形式及布置方式。结合拟静力试验，研究了以上三种不同可更换角钢形式下的梁柱连接节点在低周往复拟静力荷载下的抗震性能。在拟静力试验研究的基础上，提出了该种设置可更换角钢的梁-柱连接节点中复位开口点、角钢屈服点和峰值荷载点的抗弯承载力计算方法和复位与更换两阶段刚度的计算方法。基于上述梁柱连接方法，本项目提出了三种不同形式的可更换柱间连接节点，分别为采用可更换加劲肋角钢的工字型截面柱间连接节点、采用可更换角钢的十字型截面柱间连接节点和采用“π形”可更换连接件的柱间连接节点，并通过理论分析优化了不同节点形式中的更换件选型。结合拟静力试验，研究了三种节点形式在低周往复拟静力荷载下的抗震性能，并分别提出了不同节点形式下的抗弯承载力和初始刚度的计算方法。.为了进一步增强部分预制装配型钢混凝土框架的耗能能力与损伤控制能力，本项目针对传统钢支撑复位性能差且震后难以修复的问题，创新提出一种新型自复位耗能钢支撑。结合拟静力试验，研究了该种新型支撑形式在低周往复拟静力荷载下的抗震性能，并提出了新型自复位支撑的恢复力模型。