分散型钢混凝土柱及在巨型框架—核心筒结构中的应用

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1、分散型钢混凝土柱及在巨型框架-核心筒结构中的应用(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：邓飞指导教师：赵作周副教授联合导师：肖从真研究员二○一七年六月IsolatedSteelReinforcedConcreteColumnanditsApplicationtoMega-frame-coreStructuresDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthede

2、greeofDoctorofPhilosophyinCivilEngineeringbyDengFeiDissertationSupervisor:AssociateProfessorZhaoZuozhouCo-supervisor:ResearchFellowXiaoCongzhenJune,2017摘要摘要当巨柱截面尺寸较大时，普通型钢混凝土（SRC）组合柱往往构造复杂、焊缝较多、施工困难，而分散型钢混凝土（ISRC）组合柱中各型钢相互独立，可简化组合柱的截面构造。本论文从试验和理论两方面对ISRC柱的受力

3、机理和设计方法展开了全面、系统的研究，取得如下主要成果：（1）对6个1:4比例的ISRC试件进行了静力压弯试验。试件的含钢率为10%，试验中的主要变化参数为荷载的初始偏心率，分别为0、0.10和0.15。其中，每两个试件在同一个初始偏心率下加载。通过深入分析试验结果，得到了ISRC试件在压弯荷载作用下的破坏模式、承载力、变形、截面曲率延性和刚度退化规律等特性。（2）对4个1:6比例的ISRC试件进行了拟静力加载试验，主要变化参数为荷载目标偏心率。为消除高轴力下摩擦力的影响，本文采用了一种新型的上、下对称式加载装

4、置。此外，在每级循环中轴力和水平力的峰值按比例同时增加，从而更加准确的模拟巨柱在真实地震作用下轴力和水平力同时变动的特点。通过对试验结果的分析，得到了ISRC柱的破坏机制、滞回特性、耗能能力、承载力和刚度等性质。（3）深入研究了ISRC柱中型钢与混凝土之间的相对滑移机制，提出一种创新性的简化数值方法用来计算ISRC柱中型钢表面的相对滑移，并利用该方法分析了ISRC柱中型钢与混凝土界面的相对滑移分布。采用精细有限元模型模拟ISRC柱的受力性能，与简化模型和试验结果均吻合较好。通过参数分析的手段，研究了轴压比、剪跨

5、比、含钢率和界面抗剪能力等因素对相对滑移的影响。（4）提出抗剪连接系数的概念来量化型钢界面抗剪能力与抗剪需求之间的相对强弱，利用该系数计算在部分抗剪连接条件下ISRC柱的压弯承载力。此外，提出了考虑相对滑移效应时ISRC柱的刚度计算方法。根据试验结果和理论分析，对ISRC柱的构造措施提出一定的建议。对一个实际结构中的底层巨柱进行设计，对比了在不同的截面形式和含钢率下的设计结果及其特点。（5）探究了ISRC柱在整体结构中的应用。改进预设屈服模式设计方法，并将其与巨型框架-核心筒结构相结合。以一个270m高的平面结

6、构为例，利用动力弹塑性时程分析，探究了预设屈服模式设计方法在巨型框架-核心筒结构中的应用，并提出一定的设计建议。关键词：分散型钢混凝土柱；试验研究；滑移效应；设计方法；预设屈服模式IAbstractAbstractForsteelreinforcedconcrete(SRC)columns,alargecross-sectionalareaoftenleadstocomplexconfigurations,hugeamountsofwelds,andconstructiondifficulties.Ontheo

7、therhand,isolatedsteelreinforcedconcrete(ISRC)columnsmaysimplifytheconfigurationofthecross-sectionbyusingrelativelyindependentsteelsections.Acomprehensiveandsystematicstudywascarriedoutbasedonexperimentalandtheoreticalanalyses.Presentedinthisdissertationarem

8、ainachievementsofthisstudy,including:(1)Six1:4scaledISRCspecimensweretestedunderstaticloads.Steelreinforcementratioofthespecimenswas10%,andthemainvariablewastheinitialloadeccentricityratio–0,0.1