新型薄钢－混凝土组合结构体系的研究

主要研究由薄壁多边形钢管和冷弯薄壁型钢与混凝土组合而成的梁、柱等轻钢组合构件的静力工作性能；研究由上述组合构件组成的单层、中低层房屋建筑的高效结构体系；研究新型结构体系的节点构造方法和静、动力工作性能；探索薄钢组合构件的抗火性能。薄钢组合结构是近年来才发展起来的新型结构。外包薄壁型钢可兼做梁、柱的模板，还可起到部分受力钢筋或约束箍筋的作用；混凝土的存在提高了薄壁钢构件的局部屈曲强度和结构的抗火及防腐性能。由于它兼具了薄钢和混凝土结构的优点，在国外受到了较为广泛的关注。但国内外的研究主要集中在薄钢组合构件的构造形式和工作性能上。本课题的重点是结合我国国情，研究开发具有自主知识产权的低成本新型高效薄钢组合结构体系和相应的节点构造形式，使其综合经济指标接近于相应的砖混结构体系，为发展国民经济特别是中西部和广大农村经济,改善人居环境，实现城镇建设的结构现代化做贡献。

钢－混凝土组合结构体系能够充分发挥钢材与混凝土的性能，应用于超高层建筑结构具有显著的经济技术效益和社会效益。目前，国内外对组合构件已开展了大量的研究工作，但在结构体系层次上的研究还不成熟。本项目通过对超高层结构的优化分析，提出组合筒体－组合框架结构、巨型组合框架结构、钢－混凝土组合转换层和组合加强层结构等新型结构体系。通过对这些新型结构体系及其关键部位的试验，并结合数值计算和参数分析，将重点研究新型组合结构体系考虑滑移效应的空间计算理论，建立考虑二阶效应的局部与整体稳定分析理论，并提出系统的抗震设计理论。在总结上述研究成果的基础上，将建立新型钢－混凝土组合结构体系及其关键部位的设计方法，并提出相应的构造措施。项目的研究成果将有利于进一步提升我国超高层建筑结构的科技含量，对促进我国建筑行业的创新与发展有所贡献。 2100433B

钢-混凝土组合结构桥梁通过充分发挥不同材料的特点，在优化结构受力、减轻结构自重、方便结构施工、增强结构耐久性及改善经济指标方面更具竞争优势，是高性能桥梁结构体系的突出代表之一。本项目通过试验研究、数值模拟、理论分析以及优化设计等手段，从新型结构体系、关键静力性能以及体系抗震性能三个方面展开研究，主要完成的研究工作和取得的研究成果包括：（1）研发抗拔不抗剪综合抗裂新技术、双重组合作用技术、新型波形钢腹板组合桥、新型组合刚构桥以及超高性能混凝土组合桥面系等多种受力性能优越的组合结构桥梁新形式和新技术，并提出相应的设计方法和构造措施；（2）针对不同形式新型组合结构桥梁体系开展了系列模型试验研究，深入研究了包括曲线组合梁桥、斜拉桥组合桥面系、悬索桥组合桥面系等复杂组合结构桥梁体系的空间受力行为，全面揭示钢-混凝土界面、抗拔不抗剪连接件、钢混结合段等局部受力性能，分析了组合结构桥梁体系的全过程非线性受力行为；（3）在试验研究以及有限元数值模拟参数分析的基础上，建立了可考虑滑移、剪力滞后效应、施工全过程、收缩徐变、混凝土开裂、预应力等因素共同影响的组合结构桥梁体系统一理论分析模型；（4）通过消能元件、减震构件及抗震体系的试验和理论研究，建立可考虑关键组合构件复杂受力工况的组合结构桥梁体系抗震反应4D分析模型，研究组合结构桥梁体系的地震反应机理和损伤演变规律；（5）基于大型通用有限元程序提供的子程序接口，开发出多个组合结构桥梁体系中关键元件的分析程序，集成组合结构桥梁体系的多尺度数值模型，建立了针对组合结构桥梁体系的准确、高效且便捷的计算分析手段；（6）提出的组合结构桥梁体系新型结构形式、静力性能分析方法和抗震设计理论等成果在天津海河吉兆桥、重庆永川长江大桥、洞庭湖大桥等重大桥梁工程中得到实践和应用，可为高性能组合结构桥梁体系的设计和分析提供重要科学依据。 2100433B