地震作用下型鋼混凝土柱腳破壞機制及設計方法研究

《地震作用下型鋼混凝土柱腳破壞機制及設計方法研究》是依託重慶大學，由張川擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地震作用下型鋼混凝土柱腳破壞機制及設計方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張川
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

型鋼混凝土（SRC）柱腳是SRC結構高層建築底層柱與基礎連線的關鍵部位，承擔著有效傳遞內力、保證結構整體性的重要作用。目前我國組合結構設計規範關於SRC柱腳的設計方法，主要是借鑑日本SRC設計計算規範（1987）方法得到的，沒有考慮到我國SRC結構適用高度更高、構件尺度更大、柱腳所承受的內力更大、且內力之間的相對大小也顯著不同的突出特點，迫切需要通過系統研究，有針對性地解決我國SRC柱腳設計所面臨的諸多技術難題。本課題擬通過結構試驗和理論研究的方法，深入系統研究地震作用下不同形式的SRC柱腳(埋入式、半埋入式、非埋入式)的抗震性能。通過在軸壓力、軸拉力以及變化軸力下SRC柱腳不同破壞模式的系列抗震性能試驗，研究SRC柱腳典型破壞機制、塑性變形能力以及滯回耗能能力特徵；運用塑性力學極限分析方法，建立保證柱腳延性抗震設計的極限強度理論計算模型及抗震設計方法。

結題摘要

型鋼混凝土（SRC）柱腳是SRC結構高層建築底層柱與基礎連線的關鍵部位，承擔著有效傳遞內力、保證結構整體性的重要作用。目前我國組合結構設計規範關於SRC柱腳的設計方法，主要是借鑑日本SRC設計計算規範（1987）方法得到的，沒有考慮到我國SRC結構適用高度更高、構件尺度更大、柱腳所承受的內力更大、且內力之間的相對大小比例也顯著不同的突出特點，迫切需要通過系統研究，有針對性地解決我國SRC柱腳設計所面臨的諸多技術難題。本課題通過結構試驗和理論研究的方法，深入系統研究地震作用下不同形式的SRC柱腳的抗震性能。通過在軸壓力、軸拉力以及變化軸力下SRC柱腳不同破壞模式的系列抗震性能試驗，研究SRC柱腳典型破壞機制、塑性變形能力以及滯回耗能能力特徵；運用有限元和塑性力學極限分析方法，建立保證柱腳延性抗震設計的極限強度理論計算模型及抗震設計方法。 主要完成的研究內容有： 1. 變化軸力下和軸拉力作用下具有不同形式柱腳的SRC短柱抗震性能試驗研究； 2. 軸拉力作用下具有不同形式柱腳的直剪試驗研究； 3. 軸拉力作用下具有不同形式柱腳的拉彎試驗研究。 4. 拉彎作用下SRC柱腳的非線性有限元分析； 5. 基於極限強度分析的考慮軸拉力的非埋入式柱腳的抗剪強度計算方法。 主要研究結果表明： 1. 對於型鋼率為4%的SRC短柱中的非埋入式柱腳，在軸拉力和變軸力作用下，當柱腳中的縱筋與錨栓的面積之和為被截斷的型鋼截面面積的66.45％，縱筋與錨栓的比例為0.67:0.33時，非埋入式柱腳的抗震性能基本等同於埋入式柱腳。 2. 對試驗結果的分析表明：拉剪共同作用下非埋入式柱腳的抗剪強度，我國組合結構設計規範（徵求意見稿）和日本SRC規範的預測值均偏低。南宏一建議公式雖然與他自己的試驗結果吻合較好，但是在預測本課題組的型鋼率為4%及以上的非埋入式柱腳在拉剪作用下的抗剪強度時誤差較大。本課題建立的軸拉力作用下抗剪強度計算公式，預測結果與試驗值吻合良好。 3. 在拉彎作用下，軸拉比為0.8時，埋深比為0時，即非埋入式柱腳時，其極限承載能力、塑性變形能力和耗能能力均遠不及採用埋入式柱腳；此時若埋深比為1時，則其抗震性能基本等同於埋深比為2.5的SRC柱腳抗震性能。 4. 現行的我國組合結構設計規範預測的拉彎作用下非埋入式柱腳的抗彎承載力明顯偏低。