削弱型钢连梁抗震性能及其对剪力墙的影响

论文摘要

近年来,钢—混凝土混合结构在我国发展迅速,它兼有混凝土结构刚度大、造价低和钢结构强度高、延性大、布置灵活的优点,是一种符合我国国情的高层建筑结构体系。混合结构抗侧力体系中钢筋混凝土连梁多发生剪切破坏,其强度、刚度以及耗能能力退化严重,若采用型钢梁代替普通钢筋混凝土连梁,利用钢梁形成耗能连梁,这种钢连梁加剪力墙墙肢组成的结构体系称为混合连肢剪力墙(Hybrid Coupled Walls)。研究表明,虽然钢连梁的抗震性能较好,但钢连梁与剪力墙的节点区域往往破坏较为严重,影响了墙肢的受力性能且震后修复困难。若将人为控制塑性铰的理念与混合连肢剪力墙中的钢连梁相结合,对连梁端部的型钢翼缘或腹板进行可控削弱,促使梁端首先出现塑性铰,通过塑性铰的形成来耗散地震能量,同时可减轻连梁与剪力墙节点区域的破坏,进而可以提高混合连肢墙结构的抗震性能。本文利用ABAQUS6.6对四十五个经翼缘和腹板削弱后的钢连梁模型及十五个剪力墙—钢连梁足尺模型进行了大量的有限元分析,主要研究内容包括以下几个方面:1.对圆弧型翼缘削弱方法中的削弱位置、长度和深度,以及圆孔腹板削弱的开孔位置和半径进行了深入研究,并从钢连梁的承载力、屈服位移以及沿梁长范围内的应力分布等方面分析了各参数对连梁抗震性能的影响,确定了翼缘和腹板的最佳削弱方式;研究结果表明,经过合理削弱的钢连梁对其承载力影响很小,但能显著提高连梁的延性和耗能能力,满足混合结构抗震的需要;2.利用本文提出的最佳削弱方式对钢梁进行削弱,对连梁的大量工况进行了有限元分析,从钢连梁的承载力、屈服位移、沿梁长的应力分布、钢梁的Mises应力分布和滞回抗震性能等方面,分析讨论了不同钢材强度、高厚比、宽厚比和跨高比对翼缘削弱和腹板削弱钢连梁抗震性能的影响,进而得到了相关规律;3.通过一个简支梁的建模分析,验证ABAQUS中采用的混凝土受压及受拉本构关系、屈服准则和流动法则、单元类型以及求解方法的正确性,进而建立了混合连肢剪力墙的有限元分析模型;对削弱钢连梁混合连肢剪力墙进行了有限元参数分析,钢连梁分为未削弱、翼缘削弱和腹板削弱三种形式,主要考察了钢连梁削弱前后对剪力墙节点区域受力状态的影响规律,得到了钢连梁埋入长度、加劲肋、轴压比、剪力墙混凝土强度等级等参数对墙梁节点区域受力状态的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 混合连肢剪力墙
• 1.2.2 削弱型钢框架节点
• 1.3 本文主要技术路线
• 第2章 翼缘或腹板削弱钢连梁抗震性能
• 2.1 引言
• 2.2 钢连梁有限元模型的建立
• 2.2.1 材料本构关系
• 2.2.2 材料的屈服准则、流动法则和强化法则
• 2.2.3 单元类型及网格划分
• 2.2.4 非线性求解器的选择
• 2.3 翼缘削弱钢连梁抗震性能分析
• 2.3.1 模型参数的确定
• 2.3.2 翼缘削弱对梁端反力的影响
• 2.4 腹板削弱钢连梁抗震性能分析
• 2.4.1 模型参数和构件尺寸的确定
• 2.4.2 腹板开圆孔对梁端反力的影响
• 2.4.3 腹板开圆孔后钢连梁应力分析
• 2.5 有限元参数分析
• 2.5.1 型钢强度的影响
• 2.5.2 腹板高厚比的影响
• 2.5.3 翼缘宽厚比的影响
• 2.5.4 钢梁跨高比的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 削弱钢连梁混合连肢剪力墙的建模及验证
• 3.1 引言
• 3.2 ABAQUS混凝土非线性分析
• 3.2.1 混凝土本构关系
• 3.2.2 单元类型及有限元网格
• 3.2.3 钢筋的定义
• 3.2.4 非线性方程组的求解
• 3.3 简支梁有限元模型的验证
• 3.3.1 简支梁极限承载力的计算
• 3.3.2 有限元分析结果
• 3.4 钢连梁混合连肢剪力墙的建模与分析
• 3.4.1 有限元模型的建立
• 3.4.2 剪力墙节点受力性能的初步分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 削弱钢连梁对剪力墙节点区域的影响
• 4.1 引言
• 4.2 有限元参数分析
• 4.2.1 钢连梁埋入深度
• 4.2.2 钢连梁加劲肋
• 4.2.3 削弱钢连梁对剪力墙受力状态的影响
• 4.2.4 轴压比的影响
• 4.2.5 混凝土强度等级的影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 单调荷载下钢连梁ABAQUS分析程序
• 附录2 混凝土过镇海受压本构曲线计算程序
• 附录3 剪力墙-钢连梁拟静力ABAQUS分析程序
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢