新型薄鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)體系的研究

主要研究由薄壁多邊形鋼管和冷彎薄壁型鋼與混凝土組合而成的梁、柱等輕鋼組合構(gòu)件的靜力工作性能；研究由上述組合構(gòu)件組成的單層、中低層房屋建筑的高效結(jié)構(gòu)體系；研究新型結(jié)構(gòu)體系的節(jié)點構(gòu)造方法和靜、動力工作性能；探索薄鋼組合構(gòu)件的抗火性能。薄鋼組合結(jié)構(gòu)是近年來才發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)。外包薄壁型鋼可兼做梁、柱的模板，還可起到部分受力鋼筋或約束箍筋的作用；混凝土的存在提高了薄壁鋼構(gòu)件的局部屈曲強度和結(jié)構(gòu)的抗火及防腐性能。由于它兼具了薄鋼和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，在國外受到了較為廣泛的關注。但國內(nèi)外的研究主要集中在薄鋼組合構(gòu)件的構(gòu)造形式和工作性能上。本課題的重點是結(jié)合我國國情，研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的低成本新型高效薄鋼組合結(jié)構(gòu)體系和相應的節(jié)點構(gòu)造形式，使其綜合經(jīng)濟指標接近于相應的磚混結(jié)構(gòu)體系，為發(fā)展國民經(jīng)濟特別是中西部和廣大農(nóng)村經(jīng)濟,改善人居環(huán)境，實現(xiàn)城鎮(zhèn)建設的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化做貢獻。

鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)體系能夠充分發(fā)揮鋼材與混凝土的性能，應用于超高層建筑結(jié)構(gòu)具有顯著的經(jīng)濟技術效益和社會效益。目前，國內(nèi)外對組合構(gòu)件已開展了大量的研究工作，但在結(jié)構(gòu)體系層次上的研究還不成熟。本項目通過對超高層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，提出組合筒體－組合框架結(jié)構(gòu)、巨型組合框架結(jié)構(gòu)、鋼－混凝土組合轉(zhuǎn)換層和組合加強層結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)體系。通過對這些新型結(jié)構(gòu)體系及其關鍵部位的試驗，并結(jié)合數(shù)值計算和參數(shù)分析，將重點研究新型組合結(jié)構(gòu)體系考慮滑移效應的空間計算理論，建立考慮二階效應的局部與整體穩(wěn)定分析理論，并提出系統(tǒng)的抗震設計理論。在總結(jié)上述研究成果的基礎上，將建立新型鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)體系及其關鍵部位的設計方法，并提出相應的構(gòu)造措施。項目的研究成果將有利于進一步提升我國超高層建筑結(jié)構(gòu)的科技含量，對促進我國建筑行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展有所貢獻。 2100433B

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁通過充分發(fā)揮不同材料的特點，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力、減輕結(jié)構(gòu)自重、方便結(jié)構(gòu)施工、增強結(jié)構(gòu)耐久性及改善經(jīng)濟指標方面更具競爭優(yōu)勢，是高性能橋梁結(jié)構(gòu)體系的突出代表之一。本項目通過試驗研究、數(shù)值模擬、理論分析以及優(yōu)化設計等手段，從新型結(jié)構(gòu)體系、關鍵靜力性能以及體系抗震性能三個方面展開研究，主要完成的研究工作和取得的研究成果包括：（1）研發(fā)抗拔不抗剪綜合抗裂新技術、雙重組合作用技術、新型波形鋼腹板組合橋、新型組合剛構(gòu)橋以及超高性能混凝土組合橋面系等多種受力性能優(yōu)越的組合結(jié)構(gòu)橋梁新形式和新技術，并提出相應的設計方法和構(gòu)造措施；（2）針對不同形式新型組合結(jié)構(gòu)橋梁體系開展了系列模型試驗研究，深入研究了包括曲線組合梁橋、斜拉橋組合橋面系、懸索橋組合橋面系等復雜組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的空間受力行為，全面揭示鋼-混凝土界面、抗拔不抗剪連接件、鋼混結(jié)合段等局部受力性能，分析了組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的全過程非線性受力行為；（3）在試驗研究以及有限元數(shù)值模擬參數(shù)分析的基礎上，建立了可考慮滑移、剪力滯后效應、施工全過程、收縮徐變、混凝土開裂、預應力等因素共同影響的組合結(jié)構(gòu)橋梁體系統(tǒng)一理論分析模型；（4）通過消能元件、減震構(gòu)件及抗震體系的試驗和理論研究，建立可考慮關鍵組合構(gòu)件復雜受力工況的組合結(jié)構(gòu)橋梁體系抗震反應4D分析模型，研究組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的地震反應機理和損傷演變規(guī)律；（5）基于大型通用有限元程序提供的子程序接口，開發(fā)出多個組合結(jié)構(gòu)橋梁體系中關鍵元件的分析程序，集成組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的多尺度數(shù)值模型，建立了針對組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的準確、高效且便捷的計算分析手段；（6）提出的組合結(jié)構(gòu)橋梁體系新型結(jié)構(gòu)形式、靜力性能分析方法和抗震設計理論等成果在天津海河吉兆橋、重慶永川長江大橋、洞庭湖大橋等重大橋梁工程中得到實踐和應用，可為高性能組合結(jié)構(gòu)橋梁體系的設計和分析提供重要科學依據(jù)。 2100433B