钢-混凝土组合结构强地震反应及地震易损性研究

钢-混凝土组合结构在我国得到迅速的发展和越来越广泛的应用，但目前国内外大部分组合结构还未经过强震检验，对结构抗震性能的研究亦不够充分。本课题组采用试验研究、理论分析和数值模拟方法，对钢―混凝土组合结构的抗震性能和地震易损性等问题进行了研究。主要工作和取得的成果有： （1）对一榀2层2跨的钢-混凝土组合梁-方钢管混凝土柱组合框架进行了拟静力试验，分析了组合框架在往复荷载作用下的破坏特征、强度退化、刚度退化、延性及耗能能力等。试验结果表明，该类框架结构的荷载-变形关系曲线较饱满，刚度和强度退化稳定，抗震耗能能力良好。 （2）在已有方钢管混凝土构件试验和理论研究的基础上，通过理论分析和大量的参数分析，提出了一种方钢管混凝土柱塑性屈服面快速确定方法。对现有方钢管混凝土柱和钢―混凝土组合梁的三折线弯矩－曲率关系曲线进行了修正，提出了适用于钢－混凝土组合梁和方钢管混凝土柱弹塑性分析的四折线弯矩－曲率本构曲线。 （3）进行了钢―混凝土组合框架结构抗震性能分析，较为系统地对比了五种不同类型框架结构的受力、变形性能以及破坏状态。初步提出了实现组合梁－方钢管混凝土柱框架结构“强柱弱梁”的设计公式，为组合框架结构的设计提供参考。 （4）给出了一种基于性能的结构地震易损性分析方法。定义了结构整体和楼层的四个极限破坏状态，提出了基于结构极限破坏状态确定结构抗震性能水平限值的方法。对两个不同类型的钢―混凝土组合框架结构进行了地震易损性分析，对结构的易损性能进行评估。讨论了地震需求变异性的影响，研究了基于全概率和半概率的结构地震易损性分析方法的差异和转化关系。 （5）对组合框架―混凝土核心筒结构的抗震性能进行了弹塑性地震反应分析和参数影响分析。研究了框架伸臂梁连接方式，梁柱截面、核心筒厚度等参数对结构变形和受力性能的影响，探讨了组合框架―混凝土核心筒结构的地震破坏模式、分析了结构变形和外框架剪力随地震作用增大的变化规律，可为结构的设计提供参考。对比了Pushover方法和弹塑性时程方法计算结果的差别，讨论了Pushover方法的适用性。 2100433B

钢-混凝土组合结构在我国得到迅速的发展和越来越广泛的应用，但目前国内外大部分组合结构还未经过强震检验，对结构的抗震性能研究亦不够充分。本项目将开展组合结构构件试验和组合结构子结构试验，获得组合构件和子结构的强非线性试验数据；通过理论分析和辅以有限元精细模型分析，发展组合构件的强非线性本构模型，可以比较准确的反映组合构件承载力下降段的力学性能；建立合理的组合结构弹塑性有限元分析模型，开展钢-混凝土组合结构强地震反应分析，研究组合结构在强地震作用下的非线性反应规律和可能的破坏倒塌机理；发展结构非线性地震易损性分析方法，开展组合结构地震易损性研究；对钢-混凝土组合结构的抗震性能开展系统的参数分析，提出适用的组合结构抗震设计方法和合理的组合结构抗震体系的建议。研究工作对深入了解组合结构的强地震反应规律和抗震性能、指导抗震减灾和确定更合理的钢-混凝土组合结构抗震体系等均具有重要的理论意义和实用价值。

在地震的地面运动作用下，分析结构反应的过程称地震反应分析。分析时常把研究的结构看成一个“系统”,把地面运动看成对该系统的输入,系统的输出便是地震反应。以最简单的单自由度弹性体系作为该系统的一例，其质点在地震动作用下的运动方程式为m【塯(t) 塯g(t)】 c凧(t) kyx(t)=0式中m为质量；塯g为地面运动加速度(即输入)；塯、凧及x为质点相对于基底的加速度、 速度和位移（即反应）；【塯(t) 塯g(t)】 为绝对加速度；c为阻尼系数；ky为刚度。m【塯(t) 塯g(t)】为质点运动的惯性力。 c凧(t)为阻尼力（阻尼愈大反应愈小）。kyx(t)为恢复力;是质点在地震作用下力图恢复到原来位置的力。在无阻尼自由振动中，质量m和刚度ky决定体系的自振频率（或周期）。在相同的地面运动下,不同自振频率体系的质点反应不一样;反之，把不同地面运动输入同一体系的反应也不一样。因此，地震作用不同于重力等其他作用，它和地面运动特性以及结构本身的动力特性（频率、阻尼）有关。在地震反应分析中，如果把地面运动作为确定的过程进行分析便是确定性的地震反应分析。由于地面运动带有随机性质，如果把地面运动作为随机过程分析便是概率性的地震反应分析。