《方鋼管混凝土組合異形柱結構性能與設計方法研究》是依託天津大學，由周婷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：方鋼管混凝土組合異形柱結構性能與設計方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周婷
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
方鋼管混凝土組合異形柱結構是由單根方鋼管混凝土柱相互連線組成的異形柱結構，包裹在牆體內部，能夠增加使用面積，具有良好的抗震能力與經濟性能，而且施工工藝易於掌握，隨著土地價格走高與人們對住房要求的提高，這種新型結構具有良好的發展前景。應在構件力學性能研究的基礎之上，深入研究，通過框架的擬靜力試驗、實體單元有限元分析與簡化數值模擬，明確整體結構的抗震性能；同時得到一種雙單元簡化數值建模方法，可推廣套用到其他方鋼管混凝土結構模擬中；然後通過三維結構模型的計算分析，建立小高層方鋼管混凝土組合異形柱結構設計方法；最後，結合試驗分析與數值模擬，推導、修正、擬合承載力計算公式，並將公式嵌入通用設計軟體。通過上述研究，能夠明確方鋼管混凝土組合異形柱結構的力學性能與工作機制，建立小高層方鋼管混凝土組合異形柱結構設計方法，提出簡化計算公式並建立與設計軟體的接口，為新結構的推廣套用奠定理論基礎。
結題摘要
方鋼管混凝土組合異形柱由於能夠包裹在牆體內部，而且抗震性能好，用鋼量相比純鋼結構更為節省，因此是一種具有市場價值的柱子結構形式。 本項目在前期針對這種柱子靜力性能研究的基礎上，進行的主要研究內容如下：（1）完成三榀雙層單跨的方鋼管混凝土組合異形柱（SCFST）-H型鋼樑框架擬靜力試驗研究，主要考察不同的軸壓比和樑柱線剛度比對其力學性能的影響。由試驗結果發現，框架具有良好的耗能能力和延性。（2）建立了有接觸單元和無接觸單元的有限元模型，對比發現，兩種模型的應力變化基本同步，但有接觸單元的計算所需時間是無接觸單元的五倍，使用簡化的有限元模型對SCFST框架進行參數化分析，考察其在不同軸壓比作用下的力學性能，發現框架都有很好的耗能能力和延性。（3）完成了9根方鋼管混凝土組合異形柱的軸壓壓彎試驗和數值模擬，考察了長細比、連線板寬度、連線板厚度和偏心距的參數對軸壓穩定承載力的影響，採用數值模型進行了參數分析，得到了長柱軸壓和壓彎的破壞模態和極限承載力值。（4）依據ANSI/AISC 360-05、GB50936、CECS159和DB29的計算方法分別推導了針對異形柱的計算公式，並提出了基於單肢失穩的疊加承載力計算方法，藉助EXCEL編制計算程式，進行結果比對，發現精度良好。（5）建立12層SCFST柱框架-支撐模型，通過靜力彈塑性分析法進行了SCFT柱結構體系的抗震性能研究，發現在地震下的的側向變形分別滿足彈性與彈塑性極限要求，SCFST柱模型的抗側性能要優於相同用鋼量的CFT柱模型，屈服機制為：支撐-梁-SCFST柱。（6）以濱海新區保障性住房為例，通過邁達斯數值建模和改變支撐布置位置，增設電梯井剪力牆進行參數化抗震性能分析，發現在地震作用下支撐布置在結構的最外側對結構最有利，在電梯井處布置方鋼管混凝土組合異型柱相較於布置混凝土剪力牆對結構的抗震性能更有利。 通過框架擬靜力試驗與長柱軸壓壓彎試驗和理論分析，發現方鋼管混凝土組合異形柱單肢能夠協同受力，異形柱-H型鋼樑框架抗震性能良好，提出了精確度較好的簡化數值模型和承載力計算公式，並提出了小高層設計方法，通過參數分析，得到了小高層方鋼管混凝土組合異形柱結構的最優布置形式，得到了精確度較高的計算公式，並編制了計算程式。 通過本項目研究，為推動方鋼管混凝土組合異形柱的套用提供了技術支持。
