强震作用下高层与超高层巨型组合结构的倒塌失效机理及控制研究

Mega combination structure system has wide application prospects in high-rise and super high-rise buildings.The study of seismic behavior, collapse mechanism,and control research of the high-rise and super high-rise mega combination structure system in severe earthquake action is very immature. Earthquake propagation law, energy conversion and dissipation mechanism of the composite member, composite joints, and connection of main and secondary structure will be studied in the project, the pseudo dynamic and vibration table test research of composite joints, composite beams and composite column in severe earthquake action will be carried out, and the visualization of time domain damage, yielding and invalidation in severe earthquake action will be realized. At the same time the relation between component damage, local structural damage and integral structural damage of the high-rise and super high-rise mega combination structure will be announced, the failure criteria and failure collapse mechanism in severe earthquake action will be set up. The failure mode of high-rise and super high-rise mega combination structure will be studied, the design method of optimization and improving overall seismic capability will be put forward, the feasibility of multi-way prevention will be analysised, the collapse control standard , effective construction measure and Passive energy-dissipation control method will be put forward, and the collapse control method of high-rise and super high-rise mega combination structure system in severe earthquake action will be put forward. The research result will further promote scientific and technological content of high-rise and super high-rise building structure.

具有良好受力性能的巨型组合结构体系在高层与超高层建筑中具有广阔的应用前景，目前国内外对高层与超高层巨型组合结构体系在强震作用下的倒塌机制及其控制方法研究刚刚起步，诸多关键科学问题亟待解决。本项目将开展组合节点、主次连接在强震作用下的拟动力试验和结构体系的振动台试验，研究地震在巨型组合构件、组合节点和主次结构连接之间的传播规律和能量转换及耗散机理，实现地震灾变场作用下巨型组合结构的损伤、屈服、失效的可视化；揭示高层与超高层巨型组合结构的构件破坏、局部结构破坏以及整体结构破坏之间的关系，建立其强震作用下失效破坏准则和失效倒塌机制；研究高层与超高层巨型组合结构体系的失效模式，提出其倒塌控制标准，分析巨型组合体系多道设防的可行性，建立高层与超高层巨型组合结构体系在强震作用下的倒塌控制方法、有效的防倒塌构造措施和被动消能控制方法。研究成果将有利于进一步提升我国高层和超高层建筑结构的国际竞争力。

具有良好受力性能的巨型组合结构体系在高层与超高层建筑中具有广阔的应用前景，本项目开展了组合构件、节点、主次连接在强震作用下的拟静力试验和结构体系的振动台试验，研究地震在巨型组合构件、组合节点和主次结构连接之间的传播规律和能量转换及耗散机理，实现地震作用下巨型组合结构的损伤、屈服、失效的有效模拟；揭示高层与超高层巨型组合结构的构件破坏、局部结构破坏及整体结构破坏之间的关系，建立其失效破坏准则和失效倒塌机制，对巨型组合结构体系的抗震及抗倒塌设计具有重要意义。主要工作如下：.（1）完成了变轴力作用下钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲分析，提出的变轴力作用下钢-混凝土组合梁弯扭屈曲临界弯矩计算方法为组合箱梁负弯矩区抗弯承载力的计算提供了理论基础，为后续巨型组合框架结构的理论研究奠定了基础。.（2）进行了新型钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点主框架组合节点关键部位的拟静力试验研究，确定了高层与超高层巨型组合结构主框架节点和主次连接的最佳延性破坏模式。.（3）结合钢管混凝土格构柱及钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点拟静力试验结果，探明了强震作用下巨型组合结构体系主框架组合节点和主次连接的延性、刚度退化和强度退化规律。.（4）开展了缩尺比为1/15，总高5.173m的21层巨型组合框架结构的振动台模型试验。研究了结构自振周期、振型和阻尼比等结构动力特征，考察结构在不同水准地震作用下共73个试验工况的加速度、应变和位移响应及结构损伤情况等，进行深入、直观地分析该类结构体系的抗震性能。.（5）建立了精细有限元模型，分析巨型组合框架结构在地震灾害作用下主次结构体系的结构动力响应，研究了地震作用下高层巨型组合结构体系塑性铰的形成、发展及分布规律，探索了巨型组合结构体系的屈服机制。探讨了巨型组合框架结构体系的地震破坏模式，分析结构的层间位移角、顶层最大位移响应及其变化规律，为该类结构体系的初步选型及结构体系的选取提供了有益的建议。