钢—混凝土混合结构中半刚性组合连接的性能与设计

本项目主要对高层结构中半刚性梁-柱连接和梁-墙连接的往复弯矩荷载下的滞回性能进行研究。设计制作了4个钢-混凝土组合梁与钢柱之间齐平式端板连接组合节点试件和4个钢梁与钢柱之间齐平式端板连接和5个钢梁与钢筋混凝土墙之间的连接，完成了其在无轴力、梁端受10%Nb轴向拉力、受20%Nb轴向拉力和受10%Nb轴向压力情况下受往复弯矩荷载的拟静力试验；采用考虑几何非线性、材料非线性和接触非线性的三维有限元方法对试件进行数值模拟和分析；并在此基础上，利用组建法建立了相应的理论分析模型。结果表明，梁端轴向拉力加剧了试件的变形和破坏，使其承载力、刚度及耗能能力等均有一定程度的降低，并且随着拉力的增大降低幅度增大；梁端轴向压力在前期延缓试件变形及破坏，但当试件变形较大时，压力产生的二阶效应将使试件提前破坏，试件的刚度和强度退化较快；无论梁端存在轴向拉力还是压力，试件的延性均有明显降低，其总耗能能力下降。 2100433B

钢-混凝土混合结构兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、成本低等优点，是一种与我国国情相符合的高层建筑结构形式，大量用于我国的高层建筑特别是超高层建筑结构中。典型的钢-混凝土混合结构是外框架采用钢结构，内筒采用钢筋混凝土结构，形成钢框架-混凝土核心筒体系。连梁与钢筋混凝土以及框架之间的连接是保证框架与筒体共同工作的关键部位。本项目拟运用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的方法，首次对钢-混凝土半刚性平端板连接组合节点在弯矩和拉力共同作用下的破坏模式、工作机理、极限强度与变形、延性等性能展开系统研究，提出了该类组合节点的弯矩-转角关系计算公式，给出连接弯矩－拉力相关关系曲线，给出拉力和弯矩共同作用下的平端板连接组合节点设计方法.

半刚性连接钢框架因具有抗震性能好、制作工厂化、安装装配化、焊接缺陷少、施工速度快等优点，在现代钢结构住宅和多层钢结构及钢框架-混凝土核心筒混合结构中得到广泛应用。但在我国现行钢结构设计规范和抗震设计规范中，只原则性地提到要考虑半刚性连接对钢框架内力和变形的影响，并未对这类框架的分析和设计作出具体的规定，存在着明显的不足。本项目将对半刚性连接钢框架的静动力性能进行系统的试验研究和理论分析。重点研究上下翼缘角钢连接、腹板带双角钢的上下翼缘角钢连接及上下翼缘T型钢连接的弯矩-转角关系和初始刚度，研究连接螺栓及型钢的滑移和挫动、连接型钢的局部塑性变形、连接螺栓与连接型钢及构件之间的承压接触引起的挤压变形和应力集中等半刚性连接特性对钢框架受力性能、动力响应、恢复力特性及耗能性能的影响。在充分了解该类结构受力变形性能的基础上，提出其合理的分析理论及设计计算方法，为完善这类结构的设计理论提供可靠依据。 2100433B

《钢结构半刚性连接设计理论及其工程应用》重点介绍了作者王燕长期在钢结构半刚性连接的基础理论和设计方法等方面进行研究的一些成果，具体内容包括半刚性连接的转动刚度和结构内力分析、外伸端板撬力作用、背板加强型节点设计、高强度螺栓承受拉力作用分析、半刚性连接结构的稳定性能以及动力和抗震性能六个方面。内容系统、全面、新颖。