钢框架-混凝土核心筒结构三维弹塑性地震反应分析

本项目拟针对钢框架-混凝土核心筒结构的抗震性能和分析方法进行研究。通过理论分析、模型试验和数值模拟，明确核心筒在水平双向荷载作用下的损伤破坏机理和抗震性能，得到能够较好反映结构受力和变形特性的恢复力模型；考虑核心筒的空间扭转效应，建立核心筒三维多竖线非线性分析模型，进一步考虑外框架与核心筒协同工作，给出钢框架-混凝土核心筒结构的三维弹塑性地震反应分析方法，并在非线性反应分析程序DRAIN-2D的基础上，编制程序实现；再通过弹塑性地震反应的时程分析，进行影响结构抗震性能的各种因素的参数研究，用以评价结构性能，并给出混合结构的设计建议，确保在强震作用下体系存在二道抗震防线，保证结构的后期性能。项目成果对于进一步认识这种新型结构体系的性能、丰富高层建筑的抗震理论和方法，具有重要的理论意义和工程应用价值；并可为钢框架-混凝土核心筒结构的设计施工及规范的制定提供参考。

作为钢框架-混凝土核心筒结构的主要抗侧力构件，钢筋混凝土核心筒的性能直接关系到整个结构的抗震性能。本项目通过理论分析、模型试验和数值模拟对其抗震性能和分析方法进行了研究。1）通过水平双向荷载作用下大高宽比的混凝土核心筒拟静力模型试验，并与单向加载时的情况进行对比，明确其在多维地震作用下的抗震性能，包括破坏机理、耗能能力、延性、刚度退化过程、破坏机制、剪力滞后效应等。两种加载方式下核心筒的最后破坏形态基本相同，墙肢竖向钢筋屈服后，根部混凝土被压碎，均为整体弯曲破坏，，但双向荷载作用下两个方向的损伤相互影响导致了筒体最大承载力减小，变形能力降低，扭转效应显著增大，并且由于剪力滞后的叠加效应，加重了单向墙肢角部的剪力滞后效应，导致水平双向加载筒体根部墙肢转角处混凝土破坏严重；2）在此基础上，通过数值模拟展开参数分析，揭示影响钢筋混凝土核心筒在水平双向荷载作用下抗震性能的重要参数及影响规律。可知，随着轴压比的增加，筒体的破坏形态发生改变，由受拉钢筋屈服控制的延性破坏向脆性破坏转变，筒体的最大承载力先增大后减小，扭转效应减小；随着高宽比的增加，筒体破坏形态由剪切破坏向弯曲破坏转变，延性增加，整体弯曲作用更加明显；随着连梁跨高比的增大，连梁的破坏形态由剪切破坏向弯曲破坏转变，筒体转动能力提高，耗能能力增强；3）采用空间桁架理论，考虑核心筒的空间扭转效应，以及筒体加载方式、洞口大小以及混凝土强度对其承载力的影响，得到压弯剪扭复合作用下核心筒的承载力近似计算公式，并与试验及文献结果均符合较好。项目成果对于进一步认识这种新型结构体系的性能、丰富高层建筑的抗震理论和方法，具有重要的理论意义和工程应用价值；并可为钢框架-混凝土核心筒结构的设计施工及规范的制定提供参考。