带偏心支撑钢管混凝土框架-核心筒混合结构体系抗震性能研究

地震荷载是地震设防地区所有结构面临的最重要偶然性和灾害性荷载。对带偏心支撑钢管混凝土框架-核心筒混合结构体系开展深入的抗震理论、试验和设计方法研究，是基于我国目前工程实践的迫切需求，其理论体系和设计方法的建立对混合结构体系的发展具有重要意义。本项目针对带偏心支撑钢管混凝土框架-核心筒结构这一新型高层混合结构体系，首先建立微观单元-界面-宏观单元的多尺度精细化分析模型，采用基于虚拟激励的随机振动分析法和时程反应分析法对该混合结构体系进行多维地震反应分析，编制相应的分析软件，并辅以节点、子结构、结构体系的抗震性能试验验证；其次在进行大量仿真分析的基础上，建立基于变形性能的抗震设计方法，提出抗震设防措施和相应的设计控制指标，形成具有自主知识产权的带偏心支撑钢管混凝土框架-核心筒混合结构设计理论与技术体系。

本课题针对带偏心支撑钢管混凝土框架—核心筒混合结构体系的抗震理论、试验和设计方法开展了从节点、构件到体系方面的研究。主要完成了两组1/3模型缩尺比的共4个带支撑钢混凝土组合节点的水平受力性能试验，得出了试验中各个部件的应力应变、试件的荷载-位移曲线，通过观察得出了节点的整体变形、裂缝走向、破坏形式，并进行了节点相关有限元计算和参数分析；完成了钢管混凝土格构柱抗震性能试验研究，其中包括了6个构件的拟静力试验和2个构件的拟动力试验，在有限元分析模型基础上，对钢管混凝土格构柱进行了参数影响分析，其中包括了轴压比、核心混凝土强度、开洞面的位置以及含钢率对构件的影响；完成了带支撑钢管混凝土框架-核心筒的弹性和弹塑性分析，推导了支撑钢框架中考虑柱的弯曲变形和支撑对抗弯刚度影响的刚度矩阵，并对刚度矩阵进行修正，并应用于支撑钢管混凝土框架，提出了带支撑钢管混凝土框架-核心筒结构的简化计算模型，通过算例对比分析，验证该简化计算方法的合理性；分析了支撑刚度、墙体高宽比、墙厚及梁柱线刚度比等参数的影响。K形偏心支撑组合框架结构中的耗能梁段长度、带支撑跨度、钢支撑截面面积等参数，对三种不同结构体系在大震作用下抗震性能的影响进行了分析；以非线性精细积分方法为基础，建立了两种结构拟动力试验的数值积分方法，一种为避免状态矩阵求逆、四阶精度的显式预估-校正法，另一种为状态矩阵求逆、四阶精度的隐式预估-校正法，该两种方法均可用于多自由度结构体系的拟动力试验。由于本方法计算精度较高，因而可以通过增大时间步长的方法来完成多自由度结构体系的拟动力试验。利用该拟动力试验方法，完成了两个钢管混凝土格构式柱的拟动力试验研究，试验结果表明，本拟动力试验方法精度较高，可有效缩短试验时间。