带支撑的钢管混凝土柱节点及其框架体系抗震性能研究

The development of steel structure and composite structure, and smart prefabricating housing building is vigorously promoted in our country. Concrete-filled tube (CFT) structure has significant advantages in seismic behavior, economic benefits, environment protecting, integrated assembly and so on. But it is generally used for tube-in-tube, frame-tube and so on high-rise structure system. For mid-rise and high-rise common houses and public buildings, reinforced concrete structure is typically used. However, braced frame system with CFT columns is used less. The in-depth study is relatively backward at home and abroad. The research results are relatively weak. The research achievements of Japan have not been made public and some significant scientific problems have not been resolved. To some extent, the promotion of composite structure system with high performance has been restricted..In this project, braced frame system with CFT columns is the main study objects. Using optimal prediction metamodel to quantify the sensitivities of the connection parameters, the seismic performance and the rotational stiffness of the braced frame connections with CFT columns will be analyzed and evaluated by the method that combines theoretical calculation, numerical analysis and experimental research. The seismic performance of the whole frame will be analyzed through structural multi-scale mechanics of structures method and fine finite element model and test scale model of the composite framework to provide reference for composite structure system design standards.

目前国家大力推动钢结构和组合结构的发展以及智能装配式住宅建筑，钢管混凝土结构在抗震性能、经济效益、节能环保、集成装配化等方面存在巨大优势。然目前多用于筒中筒、框筒等超高层结构体系，对于中高层的普通住宅或公共建筑，常用钢筋混凝土结构，而带支撑的钢管混凝土柱框架体系则应用较少。国内外对其深入研究显得相对滞后，研究成果也比较薄弱，日本基本没有公开其研究成果，且存在一些重要的科学问题没有解决，这在一定程度上制约了此高性能组合结构体系的推广。.本项目以带支撑的钢管混凝土柱框架体系为研究对象，应用最优预测元模型量化节点参数敏感性，采用理论计算、数值分析和试验研究相结合的方法，对带支撑的钢管混凝土柱系列节点进行抗震性能研究，探讨组合节点转动约束刚度；应用结构多尺度力学方法，建立组合框架体系精细有限元模型和试验模型，进行带支撑的组合框架体系抗震性能分析，为完善组合结构体系设计标准提供参考。

钢管混凝土柱与钢梁组成的框架结构是较广泛使用的结构形式之一，具有承载力高、形式简洁、施工方便、空间布置灵活等优点。钢管混凝土框架中引入支撑体系，在增加结构侧向刚度的同时，又可以在地震中利用支撑的屈曲变形消耗能量，避免框架节点在地震中的损坏，充分利用钢管混凝土竖向承载力较高的优点。.针对目前对带支撑钢管混凝土框架研究较少，节点较为复杂的问题，本项目对带支撑的节点板穿透式钢管混凝土节点进行了试验、有限元分析以及理论研究，并对研究内容进行了拓展与延伸。主要研究内容包括：（1）节点板穿透式圆钢管混凝土简化节点的初始转动刚度、极限承载力及破坏模式等；（2）不同构造节点板穿透式方钢管混凝土简化节点内力传递与分布规律、相对滑移等力学行为，不同构造节点的组合作用水平及修正弹性模量系数等；（3）节点板穿透式钢管混凝土节点的工程设计建议及设计方法；（4）钢管混凝土柱-钢梁节点及组合框架多尺度建模方法，改进并提出节点弯矩-转角曲线模型，提出组合框架骨架曲线计算方法；（5）不同构造内插板钢节点抗弯性能及设计建议；（6）腋撑与半刚性钢框架梁柱节点协同作用机理及设计方法；（7）可更换屈曲约束耗能板的钢框架梁柱节点抗震性能及设计方法；（8）四锚栓外露式柱脚弱轴方向力学性能及T形件法的改进。.主要成果：（1）发表期刊论文第一作者或通讯作者16篇，SCI9篇，EI4篇，中文核心2篇，其他1篇；（2）申请广东省自然科学基金项目1项；（3）部分成果应用于广东省标准《装配式铝合金低层房屋技术规程》，该标准获得广东省土木建筑学会，科学技术二等奖；（4）部分成果应用于行业标准《装配式铝合金低层房屋及移动屋》，广东省标准《装配式建筑评价标准》和《装配式整体式叠合剪力墙结构技术规程》；（5）部分成果应用于10余项专利中，其中6项发明专利（已申请），5项实用新型专利（已授权），以及软件著作权1项。