高层钢框架新型管节点耗能减震支撑体系的研究

通过45个试件的试验，研究了在轴向往复荷载作用下Y形矩形管节点、纵向板管节点、贯穿板管节点、Y形方圆混合节点及多支管矩形管节点的滞回性能。研究了残余应力及节点几何参数对管节点支撑滞回性能的影响。在试验研究的基础上，建立了考虑损伤演化的钢材本构模型及考虑损伤演化的管节点滞回性能的有限元分析方法，提出了节点安全工作阶段的预测方法。通过深入分析管节点在往复荷载下的滞回规则，提出了管节点的滞回模型。扩大试验节点的参数范围和节点类型，采用数值分析的方法研究了加载制度、荷载特征对管管节点、板管节点滞回性能的影响；深入分析了Y形、T形及K形板管节点、Y形管管节点、Y形CR节点、X形CR节点、K形CR节点的滞回性能，及衍生出的多支管方管节点耗能器的滞回性能，研究了几何参数的影响规律。得到耗能器的构成方法以及各部位尺寸的合理搭配范围。建立可准确模拟节点耗能支撑体系和框架支撑结构整体性能的分析方法，对高层框架支撑结构中的新型节点耗能支撑体系进行研究，得到节点耗能支撑体系的动力性能，以及支撑体系在钢框架中合理分布模式。 2100433B

研究在轴力作用下Y、X、K形方管节点、方圆混合节点及板管节点滞回性能，得到滞回性能优越的节点的参数范围。研究由方管节点、方圆混合节点及板管节点衍生出的方管耗能器的滞回性能，得到耗能器的构成方法以及各部位尺寸的合理搭配范围。建立可准确模拟节点耗能支撑体系和框架支撑结构整体性能的分析方法，对高层框架支撑结构中的新型节点耗能支撑体系进行研究，得到节点耗能支撑体系的动力性能，以及支撑体系在钢框架中合理分布模式，建立节点耗能支撑体系的设计方法。结合耗能部位制作方法和过程研究残余应力对耗能能力的影响，寻求减少和消除残余应力影响的方法。研究配置新型节点耗能支撑体系的钢框架在最不利地震动下的损伤性能，提出新型节点耗能支撑框架体系的损伤控制设计方法。通过实验验证新型节点耗能支撑体系设计方法。本课题研究的是框架支撑结构耗能减震设计中的关键问题，也是具有较大理论难度的前沿问题，具有重要的理论意义和实用价值。

鉴于汶川地震中钢筋混凝土联肢剪力墙结构的小跨高比连梁剪切破坏较为普遍，本项目基于耗能减震控制技术提出一种新型混合联肢剪力墙结构，该结构采用带有屈曲约束构件的钢桁架连梁代替传统的小跨高比钢筋混凝土连梁，通过钢桁架连梁中屈曲约束构件的滞回耗能来消耗结构振动能量,减小结构地震反应。本项目拟采用模型试验和有限元方法研究该新型联肢剪力墙结构的抗震性能，探讨不同耦连比下结构的耗能机理，建立结构的数值分析模型并进行结构的非线性地震反应分析。本项目预期将得到该结构的主要抗震性能指标,揭示耦连比和结构整体抗震性能之间的相互关系,提出该结构的实用抗震设计与分析方法。本项目的研究成果将有利于解决联肢剪力墙结构小跨高比连梁延性不足的问题，为推广该结构在高烈度地震区的应用具有重要的理论和工程意义，并能为我国相关规范的编制提供科学参考依据。

削弱型延性焊接节点是在多层钢框架震害研究基础上提出的新型节点形式，其抗震分析具有重要的理论意义和工程意义。本项目将完成削弱型节点及其结构体系的动力实验；建立钢框架结构动力和静力（push-over）非线性简化分析方法；确定结构与削弱型节点在地震作用下的相互影响规律；明确各种削弱型节点的具体参数和相应的工程应用方法。 2100433B

鉴于汶川地震中钢筋混凝土联肢剪力墙结构中大量的小跨高比钢筋混凝土连梁出现了剪切脆性破坏，本项目通过3根屈曲约束钢腹板桁架式连梁、2根屈曲约束钢支撑桁架式连梁、7个钢桁架连梁与钢筋混凝土剪力墙连接节点、7根新型配筋小跨高比钢筋混凝土连梁以及3根小跨高比钢筋混凝土抗震加固连梁的大比例模型试验和有限元分析方法系统地研究了不同形式新型连梁的抗震性能以及普通配筋连梁的抗震加固方法，取得了如下研究成果：1）基于耗能减震原理提出了可拆卸式屈曲约束钢腹板桁架式连梁和屈曲约束钢支撑桁架式连梁，得到了腹板加劲肋、腹板开缝以及屈曲约束支撑形式等对连梁抗震性能的影响规律，建立了屈曲约束钢腹板桁架式连梁的承载力计算条带模型。2）研究了钢桁架连梁和钢筋混凝土剪力墙间角钢预埋件连接节点的抗震性能，得到了角钢有效埋置深度、端板形式、预埋板厚度以及剪力墙的边缘约束构件对连接节点抗震性能的影响规律，修正了我国《建筑抗震设计规范》（GB5011-2010）关于角钢预埋件连接节点的承载力计算公式。3）基于拉压杆理论模型提出了三种不同配筋形式的小跨高比钢筋混凝土连梁，研究了不同配筋形式下小跨高比钢筋混凝土连梁的抗震性能，得到了纵筋、箍筋、斜向钢筋和预埋交叉钢板等对连梁抗震性能的影响规律，建议了连梁的抗震承载力计算公式和抗震构造措施。4）研究了CFRP布加固小跨高比普通配筋钢筋混凝土连梁的抗震性能，分析了CFRP布不同加固方法的抗震加固效果，得到了CFRP压条和自制CFRP锚筋对CFRP布抗剥离性能的影响规律，建议了连梁的合理抗震加固方法。本项目的上述研究成果有利于解决地震区小跨高比连梁抗震设计与抗震加固难题，能为相关工程设计和规范修订提供试验依据。 2100433B