鋼-混凝土組合結構強地震反應及地震易損性研究結題摘要

鋼-混凝土組合結構在我國得到迅速的發(fā)展和越來越廣泛的應用，但目前國內(nèi)外大部分組合結構還未經(jīng)過強震檢驗，對結構抗震性能的研究亦不夠充分。本課題組采用試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬方法，對鋼―混凝土組合結構的抗震性能和地震易損性等問題進行了研究。主要工作和取得的成果有： （1）對一榀2層2跨的鋼-混凝土組合梁-方鋼管混凝土柱組合框架進行了擬靜力試驗，分析了組合框架在往復荷載作用下的破壞特征、強度退化、剛度退化、延性及耗能能力等。試驗結果表明，該類框架結構的荷載-變形關系曲線較飽滿，剛度和強度退化穩(wěn)定，抗震耗能能力良好。 （2）在已有方鋼管混凝土構件試驗和理論研究的基礎上，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－曲率關系曲線進行了修正，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－曲率本構曲線。 （3）進行了鋼―混凝土組合框架結構抗震性能分析，較為系統(tǒng)地對比了五種不同類型框架結構的受力、變形性能以及破壞狀態(tài)。初步提出了實現(xiàn)組合梁－方鋼管混凝土柱框架結構“強柱弱梁”的設計公式，為組合框架結構的設計提供參考。 （4）給出了一種基于性能的結構地震易損性分析方法。定義了結構整體和樓層的四個極限破壞狀態(tài)，提出了基于結構極限破壞狀態(tài)確定結構抗震性能水平限值的方法。對兩個不同類型的鋼―混凝土組合框架結構進行了地震易損性分析，對結構的易損性能進行評估。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構地震易損性分析方法的差異和轉化關系。 （5）對組合框架―混凝土核心筒結構的抗震性能進行了彈塑性地震反應分析和參數(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)對結構變形和受力性能的影響，探討了組合框架―混凝土核心筒結構的地震破壞模式、分析了結構變形和外框架剪力隨地震作用增大的變化規(guī)律，可為結構的設計提供參考。對比了Pushover方法和彈塑性時程方法計算結果的差別，討論了Pushover方法的適用性。 2100433B

鋼-混凝土組合結構在我國得到迅速的發(fā)展和越來越廣泛的應用，但目前國內(nèi)外大部分組合結構還未經(jīng)過強震檢驗，對結構的抗震性能研究亦不夠充分。本項目將開展組合結構構件試驗和組合結構子結構試驗，獲得組合構件和子結構的強非線性試驗數(shù)據(jù)；通過理論分析和輔以有限元精細模型分析，發(fā)展組合構件的強非線性本構模型，可以比較準確的反映組合構件承載力下降段的力學性能；建立合理的組合結構彈塑性有限元分析模型，開展鋼-混凝土組合結構強地震反應分析，研究組合結構在強地震作用下的非線性反應規(guī)律和可能的破壞倒塌機理；發(fā)展結構非線性地震易損性分析方法，開展組合結構地震易損性研究；對鋼-混凝土組合結構的抗震性能開展系統(tǒng)的參數(shù)分析，提出適用的組合結構抗震設計方法和合理的組合結構抗震體系的建議。研究工作對深入了解組合結構的強地震反應規(guī)律和抗震性能、指導抗震減災和確定更合理的鋼-混凝土組合結構抗震體系等均具有重要的理論意義和實用價值。

在地震的地面運動作用下，分析結構反應的過程稱地震反應分析。分析時常把研究的結構看成一個“系統(tǒng)”,把地面運動看成對該系統(tǒng)的輸入,系統(tǒng)的輸出便是地震反應。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)點在地震動作用下的運動方程式為m【塯(t) 塯g(t)】 c凧(t) kyx(t)=0式中m為質(zhì)量；塯g為地面運動加速度(即輸入)；塯、凧及x為質(zhì)點相對于基底的加速度、 速度和位移（即反應）；【塯(t) 塯g(t)】 為絕對加速度；c為阻尼系數(shù)；ky為剛度。m【塯(t) 塯g(t)】為質(zhì)點運動的慣性力。 c凧(t)為阻尼力（阻尼愈大反應愈?。yx(t)為恢復力;是質(zhì)點在地震作用下力圖恢復到原來位置的力。在無阻尼自由振動中，質(zhì)量m和剛度ky決定體系的自振頻率（或周期）。在相同的地面運動下,不同自振頻率體系的質(zhì)點反應不一樣;反之，把不同地面運動輸入同一體系的反應也不一樣。因此，地震作用不同于重力等其他作用，它和地面運動特性以及結構本身的動力特性（頻率、阻尼）有關。在地震反應分析中，如果把地面運動作為確定的過程進行分析便是確定性的地震反應分析。由于地面運動帶有隨機性質(zhì)，如果把地面運動作為隨機過程分析便是概率性的地震反應分析。