箱形转换层上短肢剪力墙结构体系抗震性能研究

论文摘要

短肢剪力墙是介于异形框架柱和一般剪力墙之间的一种建筑结构体系,箱形转换层短肢剪力墙结构是为了满足建筑功能的需要而发展起来的一种框支结构形式。上部短肢墙的灵活布置和箱形转换层空间结构的受力特性,使得该结构体系已应用于工程实践并取得良好的经济和社会效益,但理论研究方面尚处在探索、完善阶段。本文对短肢剪力墙和箱形转换层结构进行了系统的分析研究,包括:1.完成了6个钢筋混凝土短肢墙试体低周反复试验,包括不同肢厚比的无翼墙和有翼墙试体各一组,研究了全部试体的破坏形态及破坏机理。绘出了试体的滞回曲线、骨架曲线,确定分析了试体的特征荷载,讨论了短肢墙结构体系中应变的演化过程。2.运用有限元软件通过建立钢筋混凝土短肢剪力墙的分离式和分布式有限元模型,得到了各自的骨架曲线、应力云图等计算结果,并与试验结果进行对比;进而选取与试验吻合较好的分布式建模方法对不同轴压比、跨高比的短肢剪力墙试体建立有限元模型,分析了短肢墙结构到达破坏荷载时应力分布规律、墙肢纵向应变曲线、骨架曲线,探讨了连梁轴压比、跨高比对短肢墙的力学特征参数和内力分布的影响。3.结合工程实例武汉水果湖大厦,运用不同有限元软件建立带箱形转换层的短肢剪力墙高层建筑的整体模型和实体模型,通过模态分析和反应谱分析,系统的研究了该类建筑结构的空间振型特点。对主要影响结构抗震性能的参数(转换层的质量、刚度、上下楼板厚度)进行分析和评价,研究了箱形转换层设置位置变化对结构空间振型以及地震作用下受力性能的影响。重点研究了在竖直荷载和水平位移作用下箱形转换层上下邻层的内力传递情况,以及箱形转换层各构件的应力分布情况。结果表明对箱形转换层这一高层建筑中的关键部位进行实体建模计算分析的必要性,同时提出了对该部位进行结构设计的建议。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 短肢剪力墙结构的特点和研究现状
• 1.3 转换层概述
• 1.3.1 结构转换层的定义和功能
• 1.3.2 转换层的结构形式
• 1.3.3 箱形转换层结构的研究现状和工程实例
• 1.4 本课题完成的主要工作
• 第2章 低周反复荷载下短肢剪力墙结构体系抗震性能试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试体设计
• 2.2.1 试体尺寸及截面配筋
• 2.2.2 材料强度
• 2.2.3 钢筋应变测点布置
• 2.3 试验
• 2.3.1 试验装置
• 2.3.2 加载设备
• 2.3.3 变形量测系统
• 2.3.4 加载制度
• 2.4 试验结果分析
• 2.4.1 破坏形态
• 2.4.1.1 S1试体
• 2.4.1.2 S2试体
• 2.4.1.3 S3试体
• 2.4.1.4 FS1试体
• 2.4.1.5 FS2试体
• 2.4.1.6 FS3试体
• 2.4.2 破坏形态分析
• 2.4.2.1 首裂缝
• 2.4.2.2 钢筋首屈服位置
• 2.4.2.3 连梁破坏形态
• 2.4.2.4 墙肢破坏形态
• 2.4.3 结构特征参数
• 2.3.3.1 特征参数
• 2.3.3.2 滞回曲线
• 2.3.3.3 骨架曲线
• 2.4.4 应变分布演化历程
• 2.5 试验总结
• 第3章 短肢剪力墙非线性有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 短肢剪力墙有限元模型建立
• 3.2.1 单元类型的选取
• 3.2.2 施加荷载及边界条件
• 3.2.3 求解控制
• 3.3 有限元计算结果分析
• 3.3.1 单调荷载下荷载-位移曲线与骨架曲线对比分析
• 3.3.2 钢筋初始屈服位置
• 3.3.3 各试体裂缝图和应力云图分析
• 3.4 短肢剪力墙影响因素分析
• 3.4.1 轴压比不同的模型分析
• 3.4.2 连梁跨高比不同的模型分析
• 3.4.2.1 单调荷载作用下荷载-位移曲线对比分析
• 3.4.2.2 墙肢轴向应变分析
• 3.4.2.3 等效应力云图对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 带箱形转换层短肢剪力墙高层建筑抗震性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 工程实例分析
• 4.2.1 工程概况
• 4.2.2 整体结构建模
• 4.2.3 结构模态分析
• 4.2.3.1 结构自振周期
• 4.2.3.2 结构振型曲线
• 4.2.3.3 结构主轴振型及层间位移角
• 4.2.4 水平地震作用效应分析
• 4.2.4.1 ANSYS层位移和层间位移角分析
• 4.2.4.2 三种软件层位移和层间位移角的比较分析
• 4.2.4.3 楼层地震剪力的分析
• 4.3 箱形转换层质量、刚度以及箱梁上下楼板厚度的改变对结构抗震性能的影响
• 4.3.1 建立模型
• 4.3.2 结构模态分析
• 4.3.2.1 结构自振周期
• 4.3.2.2 结构振型
• 4.3.3 结构水平地震作用效应分析
• 4.3.3.1 反应谱法层间位移、层间位移角的分析
• 4.3.3.2 转换层上部结构层间位移角的变化特点
• 4.3.3.3 转换层下部结构层间位移角的变化特点
• 4.3.3.4 转换层上下结构层间位移角比的分析
• 4.3.3.5 楼层地震剪力分配和传力途径的分析
• 4.4 转换层设置高度对结构抗震性能的影响
• 4.4.1 建立模型
• 4.4.2 结构模态分析
• 4.4.2.1 结构自振周期
• 4.4.2.2 结构振型
• 4.4.3 结构水平地震作用效应分析
• 4.4.3.1 层位移、层间位移角分析
• 4.4.3.2 转换层上下层间位移角的分析
• 4.4.3.3 楼层地震剪力分配和传力途径分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 箱形转换层上短肢剪力墙空间非线性有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 箱形转换层上短肢剪力墙空间实体模型的建立
• 5.2.1 模型的建立方式
• 5.2.2 单元类型的选取
• 5.2.3 材料模型的选取
• 5.2.4 网格划分
• 5.2.5 施加荷载及边界条件
• 5.3 箱形转换层上短肢剪力墙空间结构有限元计算结果分析
• 5.3.1 竖向荷载作用下结构应力分析
• 5.3.1.1 整体结构应力分析
• 5.3.1.2 短肢剪力墙应力分析
• 5.3.1.3 箱形转换层应力分析
• 5.3.1.4 箱形转换层肋板应力分析
• 5.3.1.5 楼板应力分析
• 5.3.2 水平作用下结构应力分析
• 5.3.2.1 整体结构应力分析
• 5.3.2.2 短肢剪力墙应力分析
• 5.3.2.3 箱形转换层应力分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要研究工作和成果
• 6.2 有待研究的问题
• 参考文献
• 附录
• 博士在读期间发表论文及参加科研项目
• 致谢