大剪跨比SRC柱抗震性能及其变形性能指标限值试验研究

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型钢混凝土(SRC)组合构件因其型钢和混凝土二者的协同作用,具有承载力高、变形能力强等优势,作为高层、超高层建筑结构中重要的受力构件,其变形性能与结构整体的抗震性能密切相关。课题组采用基于构件变形的性能化设计方法,通过大量研究提出了一套SRC构件的变形指标限值体系,量化了SRC构件的变形性能。但实践中发现在相同参数下SRC构件的变形指标限值有时会比RC构件更小,由此说明SRC构件的变形指标限值并不十分准确,因此限制了“性能化设计”的推广及应用。基于此,本文进行了9个以弯曲变形为主的大剪跨比SRC柱试件的试验研究,分析其抗震性能,并根据试验结果进行了有限元模型的建立和验证,通过参数化分析研究了不同设计参数对SRC柱变形指标限值的影响,为SRC构件变形指标限值体系的修正提供合理建议。本文的主要研究内容和成果如下:(1)完成大剪跨比SRC柱试件的低周往复试验研究和结果分析。设计9个不同轴压比和配钢率的“工”字形型钢截面SRC柱试件和1个RC柱对比试件,并完成低周往复试验,根据试验现象建立试件的损伤—变形关系。(2)基于试验结果研究轴压比和配钢率对SRC柱试件抗震性能的影响,揭示不同设计参数对SRC柱抗震性能的影响规律。随着轴压比增加,SRC柱试件的峰值承载力均有小幅度降低,SRC柱试件的峰值承载力随配钢率的增加而提高,与相同轴压比的RC柱试件相比,SRC柱试件的正向峰值承载力提高57.1%,负向峰值承载力提高42.5%;轴压比对SRC柱试件延性系数的影响规律并不明显,随着配钢率增加,SRC柱试件延性系数减小,与相同轴压比的RC柱试件相比,SRC柱试件的延性系数减小32.5%。(3)根据试验骨架曲线得到试件在6个性能状态下的变形指标限值,对《性能规程》中弯曲破坏SRC柱变形指标限值体系进行评估,并给出合理修正建议。结果表明,《性能规程》提出的弯曲破坏SRC柱变形指标限值θ1与试验值较为接近,而变形指标限值θ5和θ6偏于保守,建议对《性能规程》变形指标限值θ5和θ6各放大1.25倍。(4)通过基于试验验证的有限元模型开展参数化分析并确定参数相关性排序。结果表明,对于变形指标限值θ1,参数相关性排序为轴压力系数>配钢率>剪压比>剪跨比>弯剪比>体积配箍率;对于变形指标限值θ5,参数相关性排序为轴压力系数>剪压比>弯剪比>配钢率>体积配箍率>剪跨比。
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