鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)強(qiáng)地震反應(yīng)及地震易損性研究

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在我國得到迅速的發(fā)展和越來越廣泛的應(yīng)用，但目前國內(nèi)外大部分組合結(jié)構(gòu)還未經(jīng)過強(qiáng)震檢驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的研究亦不夠充分。本課題組采用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬方法，對(duì)鋼―混凝土組合結(jié)構(gòu)的抗震性能和地震易損性等問題進(jìn)行了研究。主要工作和取得的成果有： （1）對(duì)一榀2層2跨的鋼-混凝土組合梁-方鋼管混凝土柱組合框架進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，分析了組合框架在往復(fù)荷載作用下的破壞特征、強(qiáng)度退化、剛度退化、延性及耗能能力等。試驗(yàn)結(jié)果表明，該類框架結(jié)構(gòu)的荷載-變形關(guān)系曲線較飽滿，剛度和強(qiáng)度退化穩(wěn)定，抗震耗能能力良好。 （2）在已有方鋼管混凝土構(gòu)件試驗(yàn)和理論研究的基礎(chǔ)上，通過理論分析和大量的參數(shù)分析，提出了一種方鋼管混凝土柱塑性屈服面快速確定方法。對(duì)現(xiàn)有方鋼管混凝土柱和鋼―混凝土組合梁的三折線彎矩－曲率關(guān)系曲線進(jìn)行了修正，提出了適用于鋼－混凝土組合梁和方鋼管混凝土柱彈塑性分析的四折線彎矩－曲率本構(gòu)曲線。 （3）進(jìn)行了鋼―混凝土組合框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析，較為系統(tǒng)地對(duì)比了五種不同類型框架結(jié)構(gòu)的受力、變形性能以及破壞狀態(tài)。初步提出了實(shí)現(xiàn)組合梁－方鋼管混凝土柱框架結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)公式，為組合框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。 （4）給出了一種基于性能的結(jié)構(gòu)地震易損性分析方法。定義了結(jié)構(gòu)整體和樓層的四個(gè)極限破壞狀態(tài)，提出了基于結(jié)構(gòu)極限破壞狀態(tài)確定結(jié)構(gòu)抗震性能水平限值的方法。對(duì)兩個(gè)不同類型的鋼―混凝土組合框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震易損性分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的易損性能進(jìn)行評(píng)估。討論了地震需求變異性的影響，研究了基于全概率和半概率的結(jié)構(gòu)地震易損性分析方法的差異和轉(zhuǎn)化關(guān)系。 （5）對(duì)組合框架―混凝土核心筒結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了彈塑性地震反應(yīng)分析和參數(shù)影響分析。研究了框架伸臂梁連接方式，梁柱截面、核心筒厚度等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)變形和受力性能的影響，探討了組合框架―混凝土核心筒結(jié)構(gòu)的地震破壞模式、分析了結(jié)構(gòu)變形和外框架剪力隨地震作用增大的變化規(guī)律，可為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。對(duì)比了Pushover方法和彈塑性時(shí)程方法計(jì)算結(jié)果的差別，討論了Pushover方法的適用性。 2100433B

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在我國得到迅速的發(fā)展和越來越廣泛的應(yīng)用，但目前國內(nèi)外大部分組合結(jié)構(gòu)還未經(jīng)過強(qiáng)震檢驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能研究亦不夠充分。本項(xiàng)目將開展組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件試驗(yàn)和組合結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，獲得組合構(gòu)件和子結(jié)構(gòu)的強(qiáng)非線性試驗(yàn)數(shù)據(jù)；通過理論分析和輔以有限元精細(xì)模型分析，發(fā)展組合構(gòu)件的強(qiáng)非線性本構(gòu)模型，可以比較準(zhǔn)確的反映組合構(gòu)件承載力下降段的力學(xué)性能；建立合理的組合結(jié)構(gòu)彈塑性有限元分析模型，開展鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)強(qiáng)地震反應(yīng)分析，研究組合結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震作用下的非線性反應(yīng)規(guī)律和可能的破壞倒塌機(jī)理；發(fā)展結(jié)構(gòu)非線性地震易損性分析方法，開展組合結(jié)構(gòu)地震易損性研究；對(duì)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的抗震性能開展系統(tǒng)的參數(shù)分析，提出適用的組合結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法和合理的組合結(jié)構(gòu)抗震體系的建議。研究工作對(duì)深入了解組合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)地震反應(yīng)規(guī)律和抗震性能、指導(dǎo)抗震減災(zāi)和確定更合理的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗震體系等均具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

在地震的地面運(yùn)動(dòng)作用下，分析結(jié)構(gòu)反應(yīng)的過程稱地震反應(yīng)分析。分析時(shí)常把研究的結(jié)構(gòu)看成一個(gè)“系統(tǒng)”,把地面運(yùn)動(dòng)看成對(duì)該系統(tǒng)的輸入,系統(tǒng)的輸出便是地震反應(yīng)。以最簡單的單自由度彈性體系作為該系統(tǒng)的一例，其質(zhì)點(diǎn)在地震動(dòng)作用下的運(yùn)動(dòng)方程式為m【塯(t) 塯g(t)】 c凧(t) kyx(t)=0式中m為質(zhì)量；塯g為地面運(yùn)動(dòng)加速度(即輸入)；塯、凧及x為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于基底的加速度、 速度和位移（即反應(yīng)）；【塯(t) 塯g(t)】 為絕對(duì)加速度；c為阻尼系數(shù)；ky為剛度。m【塯(t) 塯g(t)】為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性力。 c凧(t)為阻尼力（阻尼愈大反應(yīng)愈?。?。kyx(t)為恢復(fù)力;是質(zhì)點(diǎn)在地震作用下力圖恢復(fù)到原來位置的力。在無阻尼自由振動(dòng)中，質(zhì)量m和剛度ky決定體系的自振頻率（或周期）。在相同的地面運(yùn)動(dòng)下,不同自振頻率體系的質(zhì)點(diǎn)反應(yīng)不一樣;反之，把不同地面運(yùn)動(dòng)輸入同一體系的反應(yīng)也不一樣。因此，地震作用不同于重力等其他作用，它和地面運(yùn)動(dòng)特性以及結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性（頻率、阻尼）有關(guān)。在地震反應(yīng)分析中，如果把地面運(yùn)動(dòng)作為確定的過程進(jìn)行分析便是確定性的地震反應(yīng)分析。由于地面運(yùn)動(dòng)帶有隨機(jī)性質(zhì)，如果把地面運(yùn)動(dòng)作為隨機(jī)過程分析便是概率性的地震反應(yīng)分析。