高層鋼框架新型管節(jié)點耗能減震支撐體系的研究項目摘要

研究在軸力作用下Y、X、K形方管節(jié)點、方圓混合節(jié)點及板管節(jié)點滯回性能，得到滯回性能優(yōu)越的節(jié)點的參數(shù)范圍。研究由方管節(jié)點、方圓混合節(jié)點及板管節(jié)點衍生出的方管耗能器的滯回性能，得到耗能器的構(gòu)成方法以及各部位尺寸的合理搭配范圍。建立可準(zhǔn)確模擬節(jié)點耗能支撐體系和框架支撐結(jié)構(gòu)整體性能的分析方法，對高層框架支撐結(jié)構(gòu)中的新型節(jié)點耗能支撐體系進行研究，得到節(jié)點耗能支撐體系的動力性能，以及支撐體系在鋼框架中合理分布模式，建立節(jié)點耗能支撐體系的設(shè)計方法。結(jié)合耗能部位制作方法和過程研究殘余應(yīng)力對耗能能力的影響，尋求減少和消除殘余應(yīng)力影響的方法。研究配置新型節(jié)點耗能支撐體系的鋼框架在最不利地震動下的損傷性能，提出新型節(jié)點耗能支撐框架體系的損傷控制設(shè)計方法。通過實驗驗證新型節(jié)點耗能支撐體系設(shè)計方法。本課題研究的是框架支撐結(jié)構(gòu)耗能減震設(shè)計中的關(guān)鍵問題，也是具有較大理論難度的前沿問題，具有重要的理論意義和實用價值。

通過45個試件的試驗，研究了在軸向往復(fù)荷載作用下Y形矩形管節(jié)點、縱向板管節(jié)點、貫穿板管節(jié)點、Y形方圓混合節(jié)點及多支管矩形管節(jié)點的滯回性能。研究了殘余應(yīng)力及節(jié)點幾何參數(shù)對管節(jié)點支撐滯回性能的影響。在試驗研究的基礎(chǔ)上，建立了考慮損傷演化的鋼材本構(gòu)模型及考慮損傷演化的管節(jié)點滯回性能的有限元分析方法，提出了節(jié)點安全工作階段的預(yù)測方法。通過深入分析管節(jié)點在往復(fù)荷載下的滯回規(guī)則，提出了管節(jié)點的滯回模型。擴大試驗節(jié)點的參數(shù)范圍和節(jié)點類型，采用數(shù)值分析的方法研究了加載制度、荷載特征對管管節(jié)點、板管節(jié)點滯回性能的影響；深入分析了Y形、T形及K形板管節(jié)點、Y形管管節(jié)點、Y形CR節(jié)點、X形CR節(jié)點、K形CR節(jié)點的滯回性能，及衍生出的多支管方管節(jié)點耗能器的滯回性能，研究了幾何參數(shù)的影響規(guī)律。得到耗能器的構(gòu)成方法以及各部位尺寸的合理搭配范圍。建立可準(zhǔn)確模擬節(jié)點耗能支撐體系和框架支撐結(jié)構(gòu)整體性能的分析方法，對高層框架支撐結(jié)構(gòu)中的新型節(jié)點耗能支撐體系進行研究，得到節(jié)點耗能支撐體系的動力性能，以及支撐體系在鋼框架中合理分布模式。 2100433B

鑒于汶川地震中鋼筋混凝土聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的小跨高比連梁剪切破壞較為普遍，本項目基于耗能減震控制技術(shù)提出一種新型混合聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用帶有屈曲約束構(gòu)件的鋼桁架連梁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的小跨高比鋼筋混凝土連梁，通過鋼桁架連梁中屈曲約束構(gòu)件的滯回耗能來消耗結(jié)構(gòu)振動能量,減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。本項目擬采用模型試驗和有限元方法研究該新型聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，探討不同耦連比下結(jié)構(gòu)的耗能機理，建立結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析模型并進行結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)分析。本項目預(yù)期將得到該結(jié)構(gòu)的主要抗震性能指標(biāo),揭示耦連比和結(jié)構(gòu)整體抗震性能之間的相互關(guān)系,提出該結(jié)構(gòu)的實用抗震設(shè)計與分析方法。本項目的研究成果將有利于解決聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)小跨高比連梁延性不足的問題，為推廣該結(jié)構(gòu)在高烈度地震區(qū)的應(yīng)用具有重要的理論和工程意義，并能為我國相關(guān)規(guī)范的編制提供科學(xué)參考依據(jù)。

削弱型延性焊接節(jié)點是在多層鋼框架震害研究基礎(chǔ)上提出的新型節(jié)點形式，其抗震分析具有重要的理論意義和工程意義。本項目將完成削弱型節(jié)點及其結(jié)構(gòu)體系的動力實驗；建立鋼框架結(jié)構(gòu)動力和靜力（push-over）非線性簡化分析方法；確定結(jié)構(gòu)與削弱型節(jié)點在地震作用下的相互影響規(guī)律；明確各種削弱型節(jié)點的具體參數(shù)和相應(yīng)的工程應(yīng)用方法。 2100433B

鑒于汶川地震中鋼筋混凝土聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)中大量的小跨高比鋼筋混凝土連梁出現(xiàn)了剪切脆性破壞，本項目通過3根屈曲約束鋼腹板桁架式連梁、2根屈曲約束鋼支撐桁架式連梁、7個鋼桁架連梁與鋼筋混凝土剪力墻連接節(jié)點、7根新型配筋小跨高比鋼筋混凝土連梁以及3根小跨高比鋼筋混凝土抗震加固連梁的大比例模型試驗和有限元分析方法系統(tǒng)地研究了不同形式新型連梁的抗震性能以及普通配筋連梁的抗震加固方法，取得了如下研究成果：1）基于耗能減震原理提出了可拆卸式屈曲約束鋼腹板桁架式連梁和屈曲約束鋼支撐桁架式連梁，得到了腹板加勁肋、腹板開縫以及屈曲約束支撐形式等對連梁抗震性能的影響規(guī)律，建立了屈曲約束鋼腹板桁架式連梁的承載力計算條帶模型。2）研究了鋼桁架連梁和鋼筋混凝土剪力墻間角鋼預(yù)埋件連接節(jié)點的抗震性能，得到了角鋼有效埋置深度、端板形式、預(yù)埋板厚度以及剪力墻的邊緣約束構(gòu)件對連接節(jié)點抗震性能的影響規(guī)律，修正了我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB5011-2010）關(guān)于角鋼預(yù)埋件連接節(jié)點的承載力計算公式。3）基于拉壓桿理論模型提出了三種不同配筋形式的小跨高比鋼筋混凝土連梁，研究了不同配筋形式下小跨高比鋼筋混凝土連梁的抗震性能，得到了縱筋、箍筋、斜向鋼筋和預(yù)埋交叉鋼板等對連梁抗震性能的影響規(guī)律，建議了連梁的抗震承載力計算公式和抗震構(gòu)造措施。4）研究了CFRP布加固小跨高比普通配筋鋼筋混凝土連梁的抗震性能，分析了CFRP布不同加固方法的抗震加固效果，得到了CFRP壓條和自制CFRP錨筋對CFRP布抗剝離性能的影響規(guī)律，建議了連梁的合理抗震加固方法。本項目的上述研究成果有利于解決地震區(qū)小跨高比連梁抗震設(shè)計與抗震加固難題，能為相關(guān)工程設(shè)計和規(guī)范修訂提供試驗依據(jù)。 2100433B