钢筋混凝土梁—薄墙平面外连接节点抗震性能分析

论文摘要

框架-剪力墙结构和框架-简体结构是高层建筑结构体系中使用较多的结构形式。这种结构体系中经常会出现钢筋混凝土框架梁一端支撑于框架柱上,而另一端则与其平面外的剪力墙（或核心筒）相交,也就是剪力墙成为框架梁的另一个支座的情况。较之平面内梁-墙连接节点,这种平面外梁-墙连接节点的受力更加复杂,且尚未形成成熟的设计理论,国内外对这种节点均缺乏系统的研究。对多数设计人员而言,在目前的工程实践中一般不验算剪力墙平面外的刚度和承载力,将这种节点视为完全铰接进行设计。但在实际工程中,铰接节点构造复杂,难于实现;并且这种设计方法低估了结构体系的整体刚度,还会因忽略梁端弯矩而造成梁端及梁端墙体过早开裂。相关《规程》建议可以采取在墙中设置暗柱的措施减小梁端部弯矩对墙的不利影响,但并没有给出具体的设计方法。本文对框架梁.薄墙平面外连接节点进行了研究,并针对在剪力墙中设置暗柱的增强措施进行深入分析。主要内容包括:1.将框架梁-薄墙平面外连接节点在梁自由端受横向力作用的问题转化为剪力墙在节点处受平面外弯矩作用的受弯问题,利用弹性薄板理论,求得了包括墙体应力和内力、节点转动刚度、墙体应变能等的解析解。2.在“等效框架模型”的基础上提出剪力墙平面外“等效受弯宽度”的概念,利用转动刚度等效和应变能等效两种等效原则,给出了等效受弯宽度的确定方法。并就模型的几何参数、剪力墙配筋率、不同的墙体边界约束条件以及节点域刚化效应等进行了参数讨论,给出了等效受弯宽度的简化计算公式。3.针对4个暗柱宽度取值不同的梁-薄墙平面外连接节点的试件进行梁端循环荷载作用下的模型试验,分析了这种强梁弱墙型节点的受力机制、破坏形式、滞回特性、延性和耗能能力;并结合弹塑性数值分析结果,明确了梁墙刚度比（即暗柱宽度变化）对这种节点抗震性能的影响;给出了确定合理暗柱宽度的方法,定义此暗柱宽度为剪力墙的“有效受弯宽度”。4.针对剪力墙两种不同的破坏形式（弯曲破坏和剪切破坏）,分别给出了其平面外极限承载力的计算公式,并与试验数据进行了对比。5.给出梁-薄墙平面外连接节点的设计建议（暗柱的设置）和相应的构造措施。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 梁-墙节点等效剪力键模型研究现状
• 1.2.2 梁-墙节点等效框架模型研究现状
• 1.2.3 梁-墙节点模型试验研究现状
• 1.2.4 无梁楼盖板柱节点研究现状
• 1.2.5 偏心梁柱节点研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 剪力墙平面外等效受弯宽度
• 2.1 概述
• 2.2 计算模型
• 2.2.1 计算单元的选取
• 2.2.2 荷载简化
• 2.3 基于正交各向异性弹性薄板理论的弯曲分析
• 2.3.1 计算假定及基本公式
• 2.3.2 平面外挠度函数的求解
• 2.3.3 剪力墙横截面上的应力和内力
• 2.3.4 节点平面外转动刚度
• 2.3.5 剪力墙弯曲应变能
• 2.4 基于转动刚度等效的等效受弯宽度
• 2.5 基于应变能等效的等效受弯宽度
• 2.6 两种等效原则的对比
• 2.7 本章小结
• 3 剪力墙等效受弯宽度的参数研究及公式简化
• 3.1 等效宽度几何参数分析
• 3.2 剪力墙配筋率变化对节点性能的影响
• 3.3 墙体边界约束条件的影响
• 3.4 节点域局部刚性的影响
• 3.5 实用等效宽度计算公式
• 3.5.1 等效宽度计算公式简化
• 3.5.2 各种等效受弯宽度简化公式对比
• 3.6 本章小结
• 4 梁-薄墙平面外连接节点的低周反复荷载试验
• 4.1 试验目的
• 4.2 试件设计及试验装置
• 4.2.1 试件设计
• 4.2.2 材料选取
• 4.2.3 试验装置及加载制度
• 4.2.4 量测项目及测点布置
• 4.3 主要试验结果
• 4.3.1 试验过程及现象
• 4.3.2 滞回曲线和骨架曲线
• 4.3.3 剪力墙内钢筋应变
• 4.3.4 剪力墙的平面外变形
• 4.4 试验数据分析
• 4.4.1 弹性阶段试验结果与理论分析对比
• 4.4.2 节点的延性及耗能
• 4.4.3 节点的破坏形态分析
• 4.5 本章小结
• 5 非线性有限元分析
• 5.1 前言
• 5.2 单元选取
• 5.2.1 钢筋混凝土结构单元模型
• 5.2.2 混凝土
• 5.2.3 钢筋
• 5.3 分析模型
• 5.3.1 模型设计
• 5.3.2 模型建立及网格划分
• 5.3.3 加载方案
• 5.4 有限元分析与试验对比
• 5.4.1 梁端荷载-位移曲线对比
• 5.4.2 墙内竖向钢筋应变对比
• 5.5 暗柱对结构受力性能的影响
• 5.5.1 无暗柱试件的受力特点
• 5.5.2 各级荷载作用下墙背面的平面外变形比较
• 5.5.3 各级荷载作用下墙内竖向钢筋的应变和应变分布比较
• 5.5.4 各级荷载作用下剪力墙控制截面的内力分布比较
• 5.5.5 各级荷载作用下墙体的开裂应变比较
• 5.6 本章小结
• 6 剪力墙平面外极限承载力
• 6.1 剪切破坏的剪力墙平面外极限承载力
• 6.1.1 计算模型和公式
• 6.1.2 计算结果与试验对比
• 6.2 弯曲破坏的剪力墙平面外极限承载力
• 6.2.1 计算模型和公式
• 6.2.2 计算结果与试验对比
• 6.3 剪力墙轴压比对其平面外承载力的影响
• 6.4 本章小结
• 7 梁-薄墙平面外连接节点的设计建议和构造措施
• 7.1 设计原则
• 7.2 暗柱的设置
• 7.3 节点处构造措施
• 7.3.1 框架梁
• 7.3.2 剪力墙
• 7.4 本章小结
• 8 结论及展望
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 思考和展望
• 参考文献
• 作者简历