1.课题来源与背景 本项目获教育部高等学校博士学科点专项科研基金的资助（项目编号：20122322120004）。 钢与高强混凝土组合结构利用了钢材和高强混凝土在受力过程中的相互作用，充分发挥两种材料的力学性能，具有承载力高，抗震性能好，施工方便，节约材料等特点。随着我国经济建设的迅猛发展，钢与高强混凝土组合结构在高层建筑中得到越来越广泛的应用。建筑结构不但在高度上追求越来越高，而且在跨度要求上也越来越大，常规的混凝土结构、型钢混凝土结构已不能很好的满足建筑功能的需要。众所周知，对结构构件施加预应力可减小构件的变形和裂缝，提高构件的抗剪承载能力，把预应力技术应用到型钢高强混凝土组合结构中可使结构实现更大的跨度。若组合结构中采用实腹式型钢混凝土组合柱，梁中布置的预应力筋将不可避免地穿越柱中的型钢，造成框架节点内置型钢截面极大的削弱，若不改变节点的刚度，预应力筋的布置及在柱端张锚难以实现。 研究的目的与意义：近年来许多学者对常规（预应力）混凝土框架结构、型钢混凝土框架结构及其构件的静力、动力性能开展了诸多研究工作，取得了重要的研究成果。但到目前为止，对该新型框架结构体系及其构件的抗震性能试验和理论研究尚未见报道，对该新型框架及其构件的破坏机理与力学性能缺乏深入认识，该类框架的倒塌规律和合理的抗震构造措施尚不明确，因此，为在地震区推广该新型框架结构的应用，开展其抗震性能试验与理论研究具有重要的理论意义和实际应用价值。 本项目紧密结合工程实际应用，以配置预应力筋的型钢高强混凝土新型组合框架及其构件为研究对象，通过从柱、梁到框架结构体系循序渐进的分析，揭示框架结构的抗震性能和破坏规律，给出新型框架罕遇地震下的抗震性能和不同地震烈度下结构的抗震构造措施等实用设计方法，为进行合理的结构抗震设计提供科学依据。 2.技术原理及性能指标 预应力型钢高强混凝土新型框架组合梁中的H型钢可在框架柱角钢的空隙通过，预应力筋可在H型钢上下翼缘间布置，便于在框架柱外侧实现预应力筋的张拉和锚固。该新型结构体系不但承载力高，可实现的跨度大，抗震性能好，而且施工阶段可实现楼盖自承重，达到结构受力与施工措施一体化，可节省投资，缩短建设周期。对于采用本新型的巨型框架结构，可实现把每个巨型结构层作为施工场地建造子结构，做到齐头并进建造各个巨型结构层内的子结构。 3.技术的创造性与先进性 1）揭示剪跨比、轴压比、钢板配箍率和混凝土强度四个参数对框架柱力学性能的影响，建立柱端塑性铰长度计算公式和柱的荷载-位移及弯矩-曲率恢复力模型。 2）获得不同参数对梁的塑性铰长度，承载力、刚度和延性等性能的影响，建立组合梁塑性铰长度计算公式；基于共轭梁法统计回归出梁的荷载-位移和弯矩-曲率恢复力模型。 3）通过ABAQUS对框架进行三维仿真分析，确定框架试验节点的细节构造。 4）通过框架拟静力实验和理论分析，掌握塑性铰出现的先后顺序及分布规律，揭示不同参数对框架承载力、延性的影响及框架的倒塌机制，给出了框架倒塌的判定准则。 5）基于IDARC对410榀双跨不等高框架进行弹塑性时程分析，揭示框架的塑性铰分布规律与倒塌机制，提出新型框架防倒塌建议与指导工程抗震设计的实用方法。 该项研究涉及土木工程、地震学、力学等相关学科，具有一定的先进性和前瞻性，通过深入了解该新型框架的力学性能，提出在实际工程中可操作的设计建议具有一定的理论意义，又具有实际的工程价值。 4.技术的成熟度、适用范围和安全性 通过资助研究，该项目已经顺利结题，其在实际工程中应用的技术也越来越成熟，已在许多实际建筑工程中应用，包括新建工程、改造工程和增层工程中。经过研究开发，该新型框架载力高，刚度较大，延性也较好，在实际工程中应用具有很高的安全性，同时对环境无污染，无辐射，对长期居住生活的人们不会造成不良的后果。 5.应用情况及存在的问题 目前该类新型柱在新建和改造工程中均应用较多，哈尔滨土木建筑设计院有限公司大庆分公司、大庆科大双锐工程设计有限公司等设计的建筑采用了预应力型钢高强混凝土新型框架构成的结构体系，其结构受理合理，施工周期短，工程造价较低，深受工程界的关注和业主的好评，无疑该新型框架在实际工程中将越来越多的被推广应用。 该新型框架尽管有诸多优点，但也存在一定的不足，构成的结构体系节点较复杂，梁中的钢筋与角钢接触时会无法穿过，现场只能采用焊接技术；但随着对节点的进一步研究，肯定会提出更合理的设计建议。

东北石油大学

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