鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板組合剪力墻抗震機理研究

提出并研發(fā)了“鋼管混凝土邊框－鋼板－混凝土組合剪力墻”，獲得國家發(fā)明專利。將高層組合結(jié)構(gòu)鋼管混凝土柱抗壓能力強、高層鋼結(jié)構(gòu)鋼板剪力墻延性好、高層混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻承載力和剛度大的優(yōu)勢組合，實現(xiàn)了鋼管混凝土柱、鋼板剪力墻和混凝土剪力墻三種不同抗側(cè)力體系組合以及型鋼與混凝土兩種不同特性材料組合的聯(lián)合應(yīng)用，充分發(fā)揮了不同抗側(cè)力體系和不同材料的優(yōu)勢，形成了一種“鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板組合剪力墻”。較系統(tǒng)地進行了不同設(shè)計參數(shù)的“鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板組合剪力墻”和“鋼管混凝土邊框鋼板剪力墻”模型的低周反復(fù)荷載試驗及模擬地震振動臺試驗，進行了不同構(gòu)造的鋼板在混凝土剪力墻共同工作性能試驗。研究了該新型組合剪力墻的損傷過程和破壞機制，揭示了抗震機理，建立了抗震分析的力學模型和理論公式，給出了抗震設(shè)計方法并已應(yīng)用于工程。試驗及分析表明，鋼管混凝土邊框－鋼板－混凝土組合剪力墻的抗震能力比普通混凝土剪力墻顯著提高；工程應(yīng)用表明，這種新型多重組合剪力墻施工方便，性價比較好，應(yīng)用前景廣闊。 2100433B

在獲得鋼管混凝土邊框－鋼桁架－混凝土組合剪力墻國家專利基礎(chǔ)上，提出了鋼管混凝土邊框－鋼板－混凝土組合剪力墻并已申報國家專利。將高層組合結(jié)構(gòu)鋼管混凝土柱抗壓能力強、高層鋼結(jié)構(gòu)鋼板剪力墻延性好、高層混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻承載力和剛度大的優(yōu)勢組合，實現(xiàn)了鋼管混凝土柱、鋼板剪力墻和混凝土剪力墻三種不同抗側(cè)力體系組合以及型鋼與混凝土兩種不同特性材料組合的聯(lián)合應(yīng)用，充分發(fā)揮了不同抗側(cè)力體系和不同材料的優(yōu)勢，形成了一種鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板組合剪力墻。本項目將較系統(tǒng)地進行不同設(shè)計參數(shù)的鋼管混凝土邊框內(nèi)藏鋼板組合剪力墻模型的低周反復(fù)荷載試驗及典型結(jié)構(gòu)模型的模擬地震振動臺試驗，研究其抗震性能，分析其損傷過程和破壞機制，揭示其抗震機理，建立其抗震分析的力學模型和理論公式，給出其抗震設(shè)計方法，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

超高層建筑越來越多，采用內(nèi)藏鋼板混凝土組合剪力墻核心筒已成為大型復(fù)雜超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)高性能鋼板組合剪力墻國內(nèi)外十分關(guān)注。本項目首次提出了新型構(gòu)造的鋼管混凝土邊框內(nèi)藏分塊鋼板雙肢剪力墻，較系統(tǒng)進行了8個內(nèi)藏分塊鋼板雙肢剪力墻低周反復(fù)荷載試驗及損傷修復(fù)后性能的低周反復(fù)荷載試驗，分析了承載力、剛度及退化過程、延性、滯回特性、耗能能力、破壞特征及震后可修復(fù)性能；進行了16個不同剪跨比的內(nèi)藏分塊鋼板雙肢剪力墻模擬地震振動臺試驗，分析了不同強度地震波激勵下剪力墻的加速度、位移時程反應(yīng)、墻體損傷特征、動力特性變化過程。采用試驗研究、數(shù)值模擬、設(shè)計研究相結(jié)合的方法，進行彈塑性有限元分析，闡明了損傷演化規(guī)律，揭示了體系延性屈服機制的實現(xiàn)條件，優(yōu)化了構(gòu)造和設(shè)計參數(shù)，提出了恢復(fù)力模型；提出了承載力模型和計算公式；解決了墻肢內(nèi)藏分塊鋼板與連梁內(nèi)藏鋼板的優(yōu)化布位、軟鋼板耗能、墻肢-連梁體系延性屈服機制等關(guān)鍵問題，提出了內(nèi)藏分塊鋼板雙肢剪力墻抗震設(shè)計方法，以及鋼管混凝土邊框內(nèi)藏分塊鋼板剪力墻的震后修復(fù)方法，給出了抗震構(gòu)造措施。研究表明：與普通鋼管混凝土邊框雙肢剪力墻相比，鋼管混凝土邊框內(nèi)藏分塊鋼板雙肢剪力墻承載力平均提高了113%，極限荷載對應(yīng)位移平均提高了79%，耗能能力平均提高了98%，綜合抗震性能良好；與內(nèi)藏整塊鋼板雙肢剪力墻相比，內(nèi)藏分塊鋼板雙肢剪力墻的承載力略小，但延性好、省鋼材、易施工；鋼管混凝土邊框內(nèi)藏分塊鋼板雙肢剪力墻，有效延遲了剪力墻斜裂縫的出現(xiàn)并制約了其發(fā)展，具有良好的震后可修復(fù)性，采用貼焊鋼板的快速修復(fù)技術(shù)，修復(fù)后試件承載力平均可恢復(fù)至原結(jié)構(gòu)的91%，修復(fù)后剪力墻仍具有延性屈服機制。本成果發(fā)展了鋼-混凝土組合雙肢剪力墻的抗震設(shè)計理論與技術(shù)，為大型復(fù)雜超高層建筑抗震設(shè)計提供了新的抗震措施和設(shè)計方法，具有重要的科學意義和工程價值。 2100433B

剪力墻及核心筒為高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)的核心抗側(cè)力部件，提高其抗震性能國內(nèi)外十分關(guān)注。本項目提出了一種鋼管混凝土邊框－鋼桁架－混凝土組合剪力墻，首次將鋼管混凝土、鋼桁架體系與剪力墻體系進行組合，同時又將型鋼與混凝土兩種材料進行組合，從而形成了多重優(yōu)勢組合的剪力墻。預(yù)研表明，本項目提出的新型剪力墻比傳統(tǒng)剪力墻抗震性能顯著提高。本項目將較系統(tǒng)地進行不同設(shè)計參數(shù)的鋼管混凝土邊框－鋼桁架－混凝土組合剪力墻及筒體的低周反復(fù)荷載試驗，并進行典型的新型組合剪力墻結(jié)構(gòu)模型的模擬地震振動臺試驗，研究其抗震性能，分析其損傷過程和破壞機制，揭示其抗震機理，建立其抗震分析的力學模型和理論公式，給出其抗震設(shè)計方法，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 2100433B