嵌套式高冗余度剪力墙的抗震性能研究

论文摘要

近年来,冗余理论引起了土木工程、计算机、新闻传播、医学、机械制造等多个领域的广泛关注。特别是在“911”世界贸易中心(WTC)倒塌事件后,美国、日本等国家开始了结构领域关于冗余度的广泛讨论与研究,认为冗余度应该成为结构设计中必须考虑的概念之一。冗余理论的分析大多集中于整体结构的研究中,但在构件中尤其是高层中广泛使用的钢筋混凝土剪力墙构件的应用几乎鲜有人关注。为了填补这项空白,受国家自然科学青年基金委托,本文对嵌套式壁式框架—哑铃型高冗余度剪力墙进行了抗震性能的研究,将冗余理论应用于剪力墙构件中。对这种剪力墙抗震性能的研究,可以为高冗余度剪力墙的后续研究及设计提供参考,也可以为剪力墙结构的抗震设计提供新的思路。本文首次对两榀高宽比分别为0.67和1.22的双跨高冗余度剪力墙进行了理论与试验的研究,探索这种结构形式剪力墙的受力特点及破坏现象,阐述了这种剪力墙与普通剪力墙相比具有的优越性。通过2个试件的拟静力试验,研究了这种高冗余度剪力墙在地震作用中的破坏形态、承载力、刚度,耗能能力,滞回曲线等,指出了这种剪力墙具有较好的抗震性能,破坏层次性明显。由于两个试件均为两层剪力墙,中间有翼缘突出模拟楼板情况,可以较为真实的反映实际工程中剪力墙破坏情况。试验数据和试验现象均表明这种剪力墙具有良好的耗能能力和冗余性,可以为抗震抗倒塌设计提供帮助和参考。本文利用ABAQUS有限元分析软件对这种高冗余度剪力墙体系进行了力学模型分析,并通过对钢筋混凝土材性的选取以及对软件中塑性损伤模型的设定建立了嵌套式壁式框架—哑铃型高冗余度剪力墙的数值模型,同时设定与试验过程相似的分析步,以得到有限元分析结果,并与试验结果进行了对比分析,为后续研究提供了参考。本文将用于结构的抗倒塌可移除研究方法用于构件抗倒塌分析中,并采用ABAQUS有限元软件模拟了壁式框架—哑铃型高冗余度剪力墙构件的抗倒塌移除分析,从而对这种剪力墙的冗余性和传力路径的可替代性进行了评估,同时也检验了这种高冗余度剪力墙在损失一种结构传力形式后是否能够继续承载和持续耗能而不会进入倒塌状态的特性。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 剪力墙结构存在的问题及国内外学者的研究情况
• 1.2.1 剪力墙结构的应用及其存在的问题
• 1.2.2 国内外学者对剪力墙的最新研究情况
• 1.3 冗余理论的研究及其在结构中的应用
• 1.3.1 冗余理论的研究概况
• 1.3.2 冗余理论在结构中的研究进展
• 1.4 本文的研究内容及研究成果
• 1.4.1 本文的研究内容
• 1.4.2 本文的研究成果
• 第2章 嵌套式高冗余度剪力墙的拟静力试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验前的准备
• 2.2.1 试验概况
• 2.2.2 试件制作及材料性能
• 2.2.3 加载方式
• 2.2.4 测试内容及测点布置
• 2.3 高冗余度剪力墙拟静力试验结果及分析
• 2.3.1 试件破坏形态及破坏过程
• 2.3.2 试件破坏机理分析
• 2.3.3 承载力实测结果及分析
• 2.3.4 滞回特性分析
• 2.3.5 骨架曲线分析
• 2.3.6 变形及延性分析
• 2.3.7 刚度退化分析
• 2.3.8 钢筋应变分析
• 2.3.9 耗能分析
• 2.3.10 性能指标
• 2.4 与普通剪力墙的区别
• 2.5 结论
• 第3章 壁式框架—哑铃型剪力墙滞回性能有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 ABAQUS软件概述
• 3.3 材料的本构模型
• 3.3.1 混凝土材料的本构模型
• 3.3.2 钢筋材料的本构模型
• 3.4 模型的建立
• 3.4.1 单元选择
• 3.4.2 模型的接触设定与边界条件
• 3.4.3 加载方式
• 3.4.4 网格划分
• 3.5 数值模拟结果分析
• 3.5.1 模拟数据对比分析
• 3.5.2 墙体破坏情况的对比分析
• 3.6 小结
• 第4章 高冗余度剪力墙基于构件移除的抗倒塌分析
• 4.1 引言
• 4.2 结构抗倒塌研究概况
• 4.2.1 国内外抗倒塌研究现状
• 4.2.2 防治连续倒塌的设计方法
• 4.3 基于性能的抗震设计理论和方法
• 4.3.1 基于性能的设计理论的内容和特点
• 4.3.2 高冗余度剪力墙基于性能设计下的抗倒塌研究方法
• 4.4 构件移除分析在ABAQUS中的实现
• 4.4.1 移除构件后的数据分析
• 4.4.2 移除构件后的变形与应力云图分析
• 4.4.3 移除构件后钢筋的Mises应力云图分析
• 4.5 小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读硕士学位期间发表的论文）