内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究

论文摘要

钢—混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构,它充分利用了两种结构各自优点,具有承载力高、刚度大、抗震性能好等特点,在高层和超高层建筑中得到越来越广泛的应用。近年来,一些学者提出将钢板运用于钢—混凝土组合抗侧力构件中,形成“组合钢板混凝土剪力墙”。然而,无论在实际工程界还是理论研究领域,国内外对于这种形式剪力墙的认识十分有限。因此,系统地研究各材料、几何参数以及构造措施等对钢板混凝土剪力墙的影响是准确把握“组合钢板混凝土剪力墙”抗震性能的必由之路。本文基于试验研究与数值仿真模拟相结合的思路对于该组合剪力墙的抗震性能进行了深入的探讨,初步建立了这种新型组合构件实际工程应用的前景。本文以“组合钢板混凝土剪力墙”为雏形设计了16个“内置钢板钢筋混凝土剪力墙”试验构件,进行了低周反复加载试验研究。根据试验现象与试验数据得到的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、等效粘滞阻尼系数等参数,从强度、变形和能量等三个方面判别和评定构件的抗震性能;比较不同参数如高宽比、墙体厚度、钢板厚度等条件下SPRCW剪力墙的性能;研究细部构造措施如拉结筋和钢板上焊接栓钉等对于SPRCW剪力墙受力破坏特征以及抗震性能方面的影响;对比“内置钢板钢筋混凝土剪力墙”与普通钢筋混凝土剪力墙在破坏形态、承载能力、变形能力以及耗能能力方面的区别。另外,通过试验拟合方法,研究了构件在地震作用下的恢复力特性,确定结构构件恢复力的计算模型,为结构非线性时程分析提供理论依据;还利用试验数据拟合了内置钢板钢筋混凝土剪力墙的抗剪承载力公式,为制定该类型构件的相关规范提供依据。本文选用DIANA程序——在我国应用较少但研究混凝土结构能力较强的有限元分析软件,选择了合适的模型和本构关系,对反复荷载作用下内置钢板钢筋混凝土剪力墙受力性能进行数值计算。比较数值模拟结果与试验实测发现,DIANA程序能够较好地模拟构件峰值荷载点之前的滞回特性;就轴压比、混凝土强度等参数对于墙体抗震性能的影响进行了参数分析。还分析了数值仿真中存在的问题,为DIANA程序在国内土木工程的运用与推广提供有价值的建议。最后,关于“内置钢板钢筋混凝土剪力墙”抗震性能研究结果进行了总结,对于建立这种新型结构的抗震设计方法提供参考依据。同时,对于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.1.1 钢-混凝土组合结构的发展
• 1.1.2 钢-混凝土组合构件的研究
• 1.2 钢-混凝土组合抗侧力构件的研究现状
• 1.2.1 钢-混凝土组合抗侧力构件的受力特性
• 1.2.2 钢板在钢-混凝土组合抗侧力结构中的运用
• 1.3 本课题的选题依据与研究思路
• 1.3.1 内置钢板钢筋混凝土剪力墙的设计来源
• 1.3.2 内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究工作要点
• 1.3.3 内置钢板钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析工作要点
• 第2章 内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验目的与试验设计
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 试验设计
• 2.3 试验设备能力的基本情况
• 2.3.1 试验设备
• 2.3.2 测试内容和测试仪器
• 2.3.3 加载制度
• 2.4 试验方案
• 2.4.1 模型尺寸
• 2.4.2 试件主要参数设计
• 2.5 材料特性
• 2.5.1 钢板与钢筋材料特性
• 2.5.2 混凝土材料特性
• 2.6 试验内容与结果
• 2.6.1 试验现象分析
• 2.6.2 荷载-位移关系曲线
• 2.6.3 骨架曲线
• 2.6.4 耗能能力指标
• 2.7 本章小结
• 第3章 内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震试验结果分析
• 3.1 试件抗震性能分析
• 3.1.1 承载力
• 3.1.2 变形能力
• 3.1.3 耗能能力
• 3.1.4 延性指标
• 3.2 影响内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能的设计参数
• 3.2.1 高宽比
• 3.2.2 墙体厚度
• 3.2.3 钢板厚度
• 3.3 影响内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能的构造措施
• 3.3.1 钢板上焊接栓钉
• 3.3.2 拉结筋
• 3.4 内置钢板钢筋混凝土剪力墙与普通剪力墙对比分析
• 3.4.1 试验现象
• 3.4.2 承载力
• 3.4.3 变形能力与延性
• 3.4.4 耗能能力
• 3.5 内置钢板钢筋混凝土剪力墙的抗剪承载力拟合
• 3.6 本章小结
• 第4章 内置钢板钢筋混凝土剪力墙恢复力曲线的模型化
• 4.1 概述
• 4.1.1 恢复力曲线模型的组成
• 4.1.2 经典的恢复力曲线模型
• 4.2 恢复力曲线的试验拟合法
• 4.2.1 骨架曲线
• 4.2.2 标准滞回环
• 4.2.3 刚度退化规律
• 4.2.4 恢复力曲线模型
• 4.3 本章小结
• 第5章 内置钢板钢筋混凝土剪力墙非线性仿真研究
• 5.1 有限元软件DIANA简介
• 5.2 模型的建立
• 5.2.1 几何单元的选取
• 5.2.2 混凝土本构模型
• 5.2.3 钢材本构模型
• 5.2.4 粘结滑移关系的模拟
• 5.2.5 边界条件的模拟
• 5.2.6 荷载的模拟
• 5.3 运算与求解
• 5.3.1 结构分析的非线性问题
• 5.3.2 非线性方程组的求解
• 5.4 计算结果与分析
• 5.4.1 荷载-位移曲线
• 5.4.2 应变分布图
• 5.5 参数分析
• 5.5.1 轴压比
• 5.5.2 混凝土强度
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 内置钢板钢筋混凝土剪力墙抗震性能的评价
• 6.1.2 有关内置钢板钢筋混凝土剪力墙构件设计方面的几点建议
• 6.1.3 DIANA对于内置钢板钢筋混凝土剪力墙非线性模拟的可靠性
• 6.2 今后有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录 内置钢板钢筋混凝土剪力墙试件设计
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果