钢—混凝土组合框架结构体系的楼板空间组合效应

楼板空间组合效应对组合框架结构的抗侧性能具有重要影响，论文对组合框架结构楼板空间组合效应展开研究，重点研究了楼板空间组合效应的受力机理、设计方法、数值模型及其对结构体系抗震性能的影响，取得的主要研究成果如下：（1）采用梁-壳混合模型对组合框架结构体系的受力机理展开研究。在通用有限元程序MSC.MARC (2005r2)平台上建立了梁-壳混合模型，并对混凝土开裂模型、受拉钢筋本构以及总体建模方案等问题展开讨论。模型经过大量试验和算例的验证。楼板空间组合效应和梁柱节点非线性是影响组合框架抗侧行为的两个关键因素，对于工程中常用的完全剪力连接组合框架，滑移效应可以忽略。（2）建立了考虑楼板空间组合效应的组合框架结构体系设计方法。分别基于壳-实体精细有限元模型和梁-壳混合有限元模型提出了组合框架梁梁端极限有效宽度和刚度放大系数简化设计公式。建议公式经过组合框架结构体系试验结果和数值算例的充分验证，相比已有规范和文献的建议公式具有更高的精度。（3）提出了非线性分析中合理考虑楼板空间组合效应的高效全杆系模型。建立了适用于组合框架结构非线性分析的纤维模型，重点改进了混凝土材料本构关系。将两个极限状态有效宽度公式和传统纤维模型相结合，提出了可考虑楼板空间组合效应的纤维模型。基于该模型开发了组合结构非线性分析子程序包COMPONASP-MARC (Version1.0)，并应用于各种荷载工况下各类构件的非线性分析，充分验证了其精度和数值稳定性。（4）研究了楼板空间组合效应对组合结构体系抗震性能的影响。将开发的子程序包应用于组合框架和框架-核心筒结构体系的弹塑性时程分析中，结果表明忽略楼板空间组合效应可能高估结构自振周期，低估地震作用和结构位移响应，对薄弱层位置、出铰位置和顺序、破坏机制、塑性损伤程度等判断产生较大偏差。因此，必须合理考虑楼板空间组合效应对结构抗震性能的影响。本论文提出的可考虑楼板空间组合效应的纤维模型以及开发的组合结构非线性分析子程序包可为组合结构体系地震灾变行为研究提供强大的工具。本论文获得国家自然科学基金项目（90815006），教育部博士研究生“学术新人奖”资助。