中空夹层钢管混凝土半刚性节点及框架结构体系抗震机理及设计理论研究

A novel semi-rigid composite structure is composited of concrete-filled double skin steel tube (CFDSST) columns and steel beams with high strength blind bolts and endplates. It has many advantages so that it will be worth to promote and apply.The hysteretic behavior, energy dissipation characteristic and working mechanism of CFDSST semi-rigid joints under earthquake actions are known by the pseudo-static tests.The mechanic analysis models of joints are made in considering composite action of conctruction members and composite floor. The nonlinear full response analysis theory under cyclic loading is built. The main influencing parameters on strengh, stiffness and hysteretic behavior are studied by numerical simulation.The moment-rotation relation model and practic design methods of joints are suggested. The failure modes, seismic behavior and structural redundancy of CFDSST semi-rigid frames under varvious earthquake loadings are understood by the pseudo-dynamic tests. The structural force, energy dissipation and interstorey drift ect are analyzed. According to the performance-based design objectives, the structural elastic-plastic seismic response analysis is used by time history analysis method and pushover analysis method. The overall sway regulation and failure mechanism are explored. Some simplified calculation methods under multi- or rare earthquake are proposed. The seismic design methods and the construction measurements for CFDSST semi-rigid frames are put forward. The project studies will form novel composite structure technology, and promote structural innovation and development. The research results have an important theoretical significane and application value.

中空夹层钢管混凝土柱和钢梁由单边高强螺栓和端板构成新型半刚性组合结构，具有诸多优点，值得推广和应用。通过拟静力试验了解中空夹层钢管混凝土半刚性节点在地震作用下的滞回性能、耗能特性和工作机理，考虑构件及组合楼盖的组合作用，确定其力学分析模型，建立往复荷载下非线性全过程分析理论；进行数值仿真模拟，研究影响其承载力、刚度和滞回性能的主要参数；建立节点弯矩-转角关系模型及实用设计方法。通过拟动力试验获悉中空夹层钢管混凝土半刚性框架在不同地震下破坏模式、抗震性能和结构冗余度，研究结构内力、能量耗散、层间位移等；基于性能化设计目标，用时程分析法和静力弹塑性分析法进行结构弹塑性地震反应分析，探讨整体侧移规律和失效机制；提出多遇及罕遇地震作用下结构简化计算方法；提出中空夹层钢管混凝土半刚性框架抗震设计方法及构造措施。该研究对于形成新型组合结构技术，推动结构创新和发展，具有重要理论意义和工程应用价值。

中空夹层钢管混凝土柱和钢梁（或组合梁）由单边高强螺栓和端板构成新型半刚性组合结构，具有易于装配、承载力高、抗震性能优越、工业化生产程度高等特点，在工业与民用建筑中值得推广和应用。本项目通过拟静力试验研究了圆形或方形中空夹层钢管混凝土半刚性节点在地震作用下的滞回性能、耗能特性和工作机理，分析了端板形式、柱截面形式和柱截面空心率等试验参数对节点抗震性能的影响，考虑了构件及组合楼盖的组合作用，确定其在地震作用下的受力机理。通过数值仿真模拟，研究影响其承载力、刚度和滞回性能的主要参数，明确其主要影响规律。通过拟动力试验分析了中空夹层钢管混凝土组合节点的地震响应和时程曲线，并进行了地震作用下非线性全过程反应分析。创新设计了单边螺栓连接装配式中空夹层钢管混凝土组合框架，通过拟动力试验获悉两层单跨单边螺栓连接中空夹层钢管混凝土组合框架在不同地震波作用下的破坏模式、抗震性能和结构冗余度，研究结构内力、能量耗散、层间位移等关键抗震指标；基于性能化设计目标，采用时程分析法和静力弹塑性分析法分别进行结构弹塑性地震反应分析，根据模型试验验证和改进理论，确定组合框架的力学分析模型和受力机理，进行了地震作用下非线性全过程反应分析，探讨了结构整体侧移规律和失效机制，深入研究和分析单边螺栓连接中空夹层钢管混凝土组合框架结构体系在多遇和罕遇地震作用下的动力响应和抗震性能。基于试验结果和理论分析，提出了单边螺栓连接中空夹层钢管混凝土组合框架的实用设计方法，包括内力计算方法、构件验算方法和抗震构造。本项目研究表明，圆形或方形中空夹层钢管混凝土柱半刚性节点及框架具有良好的抗震性能和耗能能力，可以很好地应用于多高层装配式钢结构建筑中。本项目研究有助于形成新型装配式组合框架结构技术，推动结构创新和技术进步，具有重要理论意义和工程应用价值。