钢筋混凝土剪力墙动力加载试验及考虑应变率效应的有限元模拟

论文摘要

剪力墙作为高层建筑中的一种主要构件,它具有比较大的侧向刚度,从而能够较显著地减小结构的侧向位移,同时在强风和强地震作用下能有效地通过反复塑性变形来耗散地震能量,从而成为了高层建筑中重要的抗震结构构件。因此,对剪力墙构件在动力荷载作用下的非线性性能的理论和试验研究非常重要。本文通过两片钢筋混凝土剪力墙构件的快速加载试验研究了加载速率对钢筋混凝土剪力墙构件水平承载力和滞回性能的影响；同时基于大型有限元软件ABAQUS的混凝土损伤塑性模型并考虑应变率效应,建立了剪力墙构件的有限元模型,对其在不同加载速率下的力学性能进行了模拟。本文主要的研究工作如下：（1）本文设计了两片钢筋混凝土剪力墙试件,以加载速率作为变化参数进行了快速加载试验。通过本次试验得到了各片墙的力-位移滞回曲线和骨架曲线,并根据试验结果对墙体构件的抗震性能,包括延性系数、强度退化、刚度退化和耗能性能进行了分析；（2）运用基于压电陶瓷的智能骨料监测技术,对快速加载试验中剪力墙构件的损伤状况进行了监测。基于对压电陶瓷的测量信号的小波包分析,定义了混凝土的损伤指标,对剪力墙构件在不同的加载水平下的损伤的发生发展状况进行了监测,并与试验观察结果进行了比较,证明了基于压电陶瓷的监测技术的可行性；（3）建立了基于ABAQUS中混凝土塑性损伤模型的考虑应变率效应的钢筋混凝土剪力墙构件的有限元模型。同时应用该模型对试验试件进行了有限元分析,得到了试件的荷载-位移曲线,并与试验结果进行比较,验证了所建立的考虑应变率效应的有限元模型的可行性；（4）通过所建立的有限元模型对剪力墙构件进行了参数分析,主要考虑了轴压比,配筋率,高宽比对剪力墙构件力学性能的影响,并得到相应的墙体荷载一位移曲线；在进行轴压比分析时,将有限元分析结果与现有试验结果对比,再次验证了本文建立的有限元模型的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 剪力墙试验研究概况
• 1.2.1 国内研究概况
• 1.2.2 国外研究概况
• 1.3 剪力墙计算模型概述
• 1.3.1 解析法
• 1.3.2 数值解法
• 1.3.3 半解析半数值解法
• 1.4 剪力墙恢复力模型发展概述
• 1.5 本文研究课题的来源、研究背景、意义及主要研究内容
• 第2章 钢筋混凝土剪力墙快速加载试验
• 2.1 概述
• 2.2 试验目的
• 2.3 试验构件的设计和制作
• 2.3.1 混凝土的配制
• 2.3.2 试验构件的设计
• 2.3.3 试验构件的制作
• 2.3.4 智能骨料的制作
• 2.4 试验装置、加载方案以及测点布置
• 2.4.1 试验装置
• 2.4.2 加载方案
• 2.4.3 试验的主要测量内容
• 2.5 材性试验数据
• 2.5.1 钢筋的材性试验数据
• 2.5.2 混凝土的材性试验数据
• 2.6 本章小结
• 第3章 钢筋混凝土剪力墙快速加载试验结果
• 3.1 试验结果
• 3.1.1 主要的试验结果
• 3.1.2 试件的破坏过程
• 3.1.3 试验得到的滞回曲线
• 3.2 破坏机理分析
• 3.3 抗震性能分析
• 3.3.1 延性系数
• 3.3.2 强度退化
• 3.3.3 刚度退化
• 3.3.4 耗能性能
• 3.4 骨架曲线
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于压电智能骨料的剪力墙构件的健康监测
• 4.1 概述
• 4.2 压电智能骨料健康监测基本理论
• 4.2.1 压电原理
• 4.2.2 波动法原理
• 4.2.3 小波包分析与损伤指标定义
• 4.3 健康监测数据处理与分析
• 4.3.1 智能骨料的布置
• 4.3.2 健康监测数据采集
• 4.3.3 健康监测数据处理与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 钢筋混凝土剪力墙有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 ABAQUS中的材料模型
• 5.2.1 材料的本构关系
• 5.2.2 ABAQUS中的混凝土模型
• 5.3 ABAQUS中的显式和隐式计算
• 5.3.1 ABAQUS中的隐式计算
• 5.3.2 ABAQUS中的显式计算
• 5.3.3 隐式方法与显式方法的区别
• 5.4 本章小结
• 第6章 钢筋混凝土剪力墙有限元分析结果
• 6.1 试验的有限元分析
• 6.1.1 有限元模型的建立
• 6.1.2 试验的有限元分析结果
• 6.2 试验构件有限元模型的参数分析
• 6.2.1 不同配筋率的剪力墙构件的有限元分析
• 6.2.2 不同剪跨比的剪力墙构件的有限元分析
• 6.3 高强钢筋混凝土剪力墙构件的有限元分析结果
• 6.3.1 高强钢筋混凝土剪力墙试件及其有限元模型
• 6.3.2 不同加载速率和轴压比时的非线性行为模拟
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文