型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架抗震性能及设计方法研究

基本信息
批准号:51408485
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:马辉
学科分类:
依托单位:西安理工大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李哲,刘茂社,王振山,党康宁,宁致远,孙立建,董静
关键词:
组合框架性能设计型钢再生混凝土柱钢梁抗震性能
结项摘要

The steel reinforced recycled concrete (SRRC) column has a good seismic performance and high bearing capacity. On the other hand, the steel beam has the characteristics of good mechanical performance and simple construction. Combining with the above respective advantages, a green and energy-efficient structure system which is called‘steel reinforced recycled concrete column and steel beam combinational frame’is put forward in this research project. The seismic performance and design method of this new structure system will be focused research. Through the methods of combining the pseudo static test and nonlinear finite element simulation as well as the theoretical analysis, the seismic performance, failure pattern and mechanics mechanism of combinational frame joints will be studied. Meanwhile, the restoring force model, bearing capacity calculation method and reasonable connection mode as well as the construction measures of combinational frame joints will be also given. The mechanical properties, failure process characteristics and nonlinear behavior of combinational frame with SRRC column and steel beam will be analyzed detailedly under the action of earthquake. In the meantime, the failure mechanism and earthquake damage characteristics of combinational frame structure will be also researched. Furthermore, the evolution law of member damage, local structure damage and overall structure damage will be revealed and the earthquake damage model of frame structure will be also established in this project. Based on the above research, the damage performance levels and corresponding failure criterions as well as the quantization indexes of combinational frame will be confirmed and the performance-based seismic design method will be also put forward. The results of this project will be helpful for the understanding of structural system property and performance-based seismic design of the combinational frame, which also can provide the scientific basis for the engineering application of this new type structure.

本项目将具有良好抗震性能且承载力高的型钢再生混凝土柱与受力性能好、施工简便的钢梁相结合,提出绿色环保的“型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架”结构体系,重点研究该新型结构的抗震性能及设计方法。通过拟静力试验、非线性有限元模拟和理论分析,研究组合框架节点的抗震性能、破坏形态以及受力机理,给出该节点的恢复力模型、设计计算方法和连接方式及构造措施;分析组合框架在地震作用下的受力性能、破坏全过程特征以及非线性行为,研究其破坏机制和地震损伤特征,揭示构件损伤、局部结构损伤和整体结构损伤三者之间的迁移演化规律,建立该组合框架的地震损伤模型。在此基础上,确定组合框架的地震损伤性能水平及其失效判别标准和量化指标,提出该新型组合框架基于损伤性能的抗震设计方法。本项目的研究成果对于认识型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架结构体系性能及其抗震性能化设计具有重要意义,可为该新型结构的工程应用提供科学依据。

项目摘要

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架不仅具有型钢再生混凝土柱承载力高、抗震性能好的优势,还充分利用了钢梁力学性能好、施工简便的特点,同时融合了再生混凝土循环利用、节能环保的优点,符合国家可持续发展的要求,因而具有广阔的应用发展前景。本课题主要以型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架为研究对象,对该组合框架的抗震性能及设计方法进行了深入研究,为其研究应用提供技术支持和理论依据。本课题主要开展了以下几个方面的研究工作:(1)进行了5个型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架中节点和3个边节点低周反复荷载试验,获得了节点破坏形态和破坏特征,分析了节点的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、层间位移角、刚度退化、强度衰减、耗能能力等抗震性能指标;重点研究了再生粗骨料取代率和轴压比对节点抗震性能的影响规律;(2)利用ABAQUS软件对节点进行了有限元分析,获取了节点应力云图和计算曲线,验证了计算结果的合理性,并在此基础上进行参数分析,研究了设计参数对节点力学性能的影响规律;(3)考虑组合框架节点的刚度退化和滞回特征,通过理论计算和拟合方法建立了节点的四折线恢复力模型,并验证了该模型的有效性;(4)基于试验和有限元分析,揭示了节点的抗剪机理,推导了节点区主要抗剪单元所承担的剪力,采用叠加法提出了节点抗剪承载力计算公式;(5)建立了适用于该组合框架节点的基于最大变形和累积耗能双参数的地震损伤模型,划分了节点的地震损伤程度和抗震性态水平,并确立了该节点抗震性态水平与损伤指标的对应关系;(6)进行了1榀型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架的拟静力抗震性能试验研究及有限元非线性分析,主要获取了该组合框架的破坏形态、滞回特征、延性及耗能能力等抗震性能指标,揭示了该组合框架的破坏模式与机制,提出了相关抗震设计方法。.本课题组共发表学术论文21篇,出版专著1部,授权国家实用新型专利2项,获得厅局级科研奖励1项,培养博士生1名,硕士生4名。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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