型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能理论分析和试验研究

论文摘要

随着我国城市化进程的加快,高层住宅越来越多,人们对高层住宅平面与空间的要求也越来越高。近年兴起的短肢剪力墙结构体系是一种比普通剪力墙结构自重轻、保温好、平面布置灵活、建筑功能良好的高层住宅结构体系。在地震烈度较高的地区,研制使用性能好的短肢剪力墙结构,关键在于研究其抗震性能。本文对3个“一”字形截面型钢混凝土短肢剪力墙模型在低周反复荷载作用下的抗震性能进行了试验研究。模型为肢宽肢厚比是5、5.5、6的三个“一”字形截面试件墙体,墙体两端加设槽钢暗柱进行设计。模型按1/2缩尺,除墙肢长度分别为500、550、600外,试件的其他几何尺寸完全一致。试验研究结果表明:对于“一”字形截面,带槽钢暗柱的短肢剪力墙的开裂荷载、屈服荷载对比普通短肢剪力墙的相应值有一定提高;其滞回曲线比普通短肢剪力墙的滞回曲线相对饱满;带槽钢暗柱的短肢剪力墙的耗能能力比普通短肢剪力墙显著提高;与普通短肢剪力墙相比,带槽钢暗柱的短肢剪力墙较大幅度地提高了抗震能力。槽钢暗柱明显地改变了短肢剪力墙的裂缝分布及走向,主裂缝角度呈45度到60度之间;槽钢暗柱的存在明显提高了“一”字形截面短肢剪力墙的后期抗震能力。在试验研究基础上,分析了影响型钢混凝土短肢剪力墙受力性能和破坏形态的因素;提出此类短肢剪力墙的恢复力模型;结合有关资料建立了“一”字形截面带槽钢暗柱短肢剪力墙的初始刚度计算公式;结合规范建立了“一”字形截面带槽钢暗柱的短肢剪力墙的承载力计算模型与公式。最后,利用大型有限元软件ANSYS对短肢剪力墙试件进行非线性分析模拟。模拟计算结果对试验进行了有效的辅助分析,与实测结果总体符合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 异形柱结构体系综述
• 1.1.1 异形柱结构简述
• 1.1.2 异形柱结构特点分析
• 1.1.3 异形柱结构目前的工程应用
• 1.2 短肢剪力墙结构体系综述
• 1.2.1 短肢剪力墙简述
• 1.2.2 短肢剪力墙结构特点分析
• 1.2.3 短肢剪力墙的相关的研究工作
• 1.2.4 短肢剪力墙结构的设计计算
• 1.2.5 短肢剪力墙目前的工程应用
• 1.3 型钢混凝土剪力墙结构体系的综述
• 1.3.1 型钢混凝土剪力墙简述
• 1.3.2 型钢混凝土剪力墙结构特点分析
• 1.3.3 型钢混凝土剪力墙相关的研究工作
• 1.4 剪力墙的数值模拟方法概述
• 1.5 本文所做工作的意义
• 1.6 本课题的研究内容
• 1.7 本章小结
• 2 带槽钢暗柱的短肢剪力墙抗震性能试验概况
• 2.1 带槽钢暗柱短肢剪力墙试件的设计与制作
• 2.1.1 试验模型设计制作
• 2.1.2 试验模型的制作
• 2.1.3 材料的力学性能
• 2.2 加载方式与测试内容
• 2.2.1 试验装置
• 2.2.2 试验加载设备和方式
• 2.2.3 加载方式和控制手段
• 2.2.4 量测内容和数据采集
• 2.3 本章小结
• 3 带槽钢暗柱的"一"字形截面短肢剪力墙试验结果及分析
• 3.1 试验结果
• 3.1.1 承载力
• 3.1.2 位移和延性
• 3.1.3 刚度实测值及分析
• 3.1.4 刚度衰减过程分析
• 3.1.5 滞回曲线
• 3.1.6 耗能能力试验结果分析
• 3.1.7 骨架曲线试验结果及分析
• 3.2 加设槽钢暗柱短肢剪力墙抗震性能分析
• 3.2.1 承载力及延性比较
• 3.2.2 破坏形态
• 3.3 屈服荷载和极限荷载的确定
• 3.3.1 屈服荷载的确定
• 3.3.2 极限荷载的确定
• 3.4 本章小结
• 4 型钢混凝土短肢剪力墙有限元分析研究
• 4.1 带槽钢暗柱的"一"字形截面短肢剪力墙有限元分析的前处理过程
• 4.1.1 建模及材料参数的确定
• 4.1.2 建模及分网
• 4.1.3 边界及加载
• 4.1.4 求解
• 4.2 计算结果及分析
• 4.2.1 单调加载荷载—位移计算结果
• 4.2.2 单调加载主应力计算结果
• 4.2.3 单调加载轴向应力计算结果
• 4.3 试件裂缝图
• 4.4 小结
• 5 带槽钢暗柱的"一"字形截面短肢剪力墙的力学模型和计算分析
• 5.1 带槽钢暗柱的"一"字形截面短肢剪力墙的恢复力模型
• 5.2 刚度计算
• 5.2.1 初始弹性刚度计算公式
• 5.2.2 初始弹性刚度实测值与计算值比较
• 5.3 带槽钢暗柱的"一"字形截面短肢剪力墙的承载力计算
• 5.3.1 大偏心受压承载力计算
• 5.3.2 小偏心受压承载力计算
• 5.3.3 极限水平承载力计算
• 5.3.4 斜截面抗剪承载力计算
• 5.3.5 承载力计算结果与实测结果的比较
• 5.4 本章小结
• 6 型钢混凝土短肢剪力墙抗震设计建议
• 6.1 型钢混凝土短肢剪力墙的一般规定
• 6.2 型钢混凝土短肢剪力墙的布置原则
• 6.3 型钢混凝土短肢剪力墙的构造措施
• 6.4 本章小节
• 7 结论与展望
• 7.1 本文完成的主要工作
• 7.2 主要研究结论:
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学研究成果