不同转换梁截面高度的框支短肢剪力墙斜柱式转换结构的抗震试验研究

论文摘要

框支短肢剪力墙结构是一种广泛应用的适用于底部大开间上部小开间的高层建筑,由于短肢剪力墙的特殊性,框支短肢剪力墙结构在结构形式、受力特点上与传统框支剪力墙有明显不同,目前在工程界虽然运用广泛,但理论研究尚不完善。本文对三榀梁高分别为250mm、300mm、400mm的框支短肢剪力墙斜柱式转换框架的试件进行了竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验。观察并记录了试件的开裂、屈服以及裂缝发展过程,测定了结构的变形及钢筋的应变,详细描述了两个试件的整个破坏过程和钢筋应变发展规律,总结了该转换结构的基本受力特点。在试验和分析结果的基础上,研究了该转换结构在竖向荷载以及水平荷载作用下的受力机理、承载能力、破坏状态、破坏机制、滞回特性、变形能力及其延性系数等,揭示出了采用斜柱式转换的框支短肢剪力墙结构在竖向荷载以及水平荷载下的抗震性能,从而对实际工程中框支短肢剪力墙斜柱式转换这种结构给出合理的设计建议和构造要求。同时,根据试验数据对比分析了三个试件的延性、耗能、强度及刚度退化等规律,并且同一榀梁式转换结构试件的试验结果进行了对比,评价了试验模型的抗震性能和梁高对整体结构受力性能的影响,提出了斜柱式转换结构的抗震设计思路。本文研究结果表明,斜柱式转换结构受力特点类似于一个简单桁架,具有如下特点:①传力直接、明确,传力路径清楚,构造较简单;②可有效的减小转换梁的尺寸,充分利用层高,较易满足建筑功能要求;③采用斜柱式转换结构的框支短肢剪力墙结构具有良好的屈服机制、破坏机制、延性性能和耗能能力,转换层侧向刚度较大,弹性及弹塑性变形性能较为稳定,不易形成薄弱层;④随着梁高的增大,结构的屈服荷载和耗能能力增加,但强屈比和延性有所下降。所以,只要设计合理,斜柱式转换可以获得较好的抗震性能,容易实现“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件”的抗震设计原则,是一种值得推广的新型转换结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 框支短肢剪力墙的研究现状
• 1.2.1 短肢剪力墙的特点
• 1.2.2 框支短肢剪力墙结构的特点
• 1.3 转换层结构的主要形式和特点
• 1.4 框支短肢剪力墙结构的研究现状
• 1.5 斜柱转换的研究现状
• 1.6 本课题的研究背景及内容
• 1.6.1 研究背景
• 1.6.2 研究内容
• 2 基于弹性有限元分析的试件设计
• 2.1 有限元分析的目的和方法
• 2.1.1 分析的原因和目的
• 2.1.2 分析软件
• 2.1.3 有限元分析模型的建立
• 2.1.4 单元类型和网格划分
• 2.1.5 边界条件和荷载取值
• 2.2 试件的内力计算
• 2.2.1 试件的计算配筋与调整
• 2.3 试件W9-5 的设计
• 2.4 试件W9-4 和W9－5 相关表格和图
• 3 试验研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 加载方式与测试内容
• 3.2.1 加载装置
• 3.2.2 荷载提供
• 3.2.3 加载制度
• 3.2.4 数据采集
• 3.2.5 量测内容
• 3.3 材料的力学性能
• 3.3.1 混凝土的力学性能
• 3.3.2 钢筋的力学性能
• 3.4 说明
• 3.5 试件W9-4 试验现象
• 3.5.1 施加竖向荷载
• 3.5.2 寻找开裂荷载
• y 循环过程'>3.5.3 1Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.5.4 2Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.5.5 3Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.5.6 4Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.5.7 5Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.5.8 6Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.5.9 7Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.5.10 8Δ_y循环过程
• y和10Δ_y 循环过程'>3.5.11 9Δ_y和10Δ_y循环过程
• 3.6 试件W9-5 试验现象
• 3.6.1 施加竖向荷载
• 3.6.2 寻找开裂荷载
• y 循环过程'>3.6.3 1Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.6.4 2Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.6.5 3Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.6.6 4Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.6.7 5Δ_y循环过程
• y 循环过程'>3.6.8 6Δy 和7Δ_y循环过程
• 3.7 试验现象小结
• 4 试验结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 转换梁试验结果分析
• 4.2.1 转换梁纵筋应变分析
• 4.2.2 转换梁箍筋应变分析
• 4.3 框支柱试验结果分析
• 4.3.1 试件W9-4 框支柱钢筋应变分析
• 4.3.2 试件W9-5 框支柱钢筋应变分析
• 4.4 短肢剪力墙试验结果分析
• 4.4.1 短肢剪力墙竖向分布筋应变分析
• 4.4.2 短肢剪力墙水平分布筋应变分析
• 4.5 试件斜柱试验结果分析
• 4.5.1 斜柱纵筋应变分析
• 4.5.2 斜柱箍筋应变分析
• 4.6 开裂荷载、屈服荷载、极限荷载及强屈比
• 4.7 P-Δ滞回曲线分析
• 4.8 结构强度退化分析
• 4.9 刚度退化分析
• 4.9.1 骨架曲线分析
• s'>4.9.2 使用阶段的试件刚度K_s
• 4.9.3 刚度衰减分析
• 4.10 延性及弹塑性变形分析
• 4.11 耗能能力分析
• 4.12 结构屈服机制及破坏特征
• 4.13 斜柱式与梁式转换结构的对比分析
• 4.13.1 试件强屈比
• 4.13.2 结构屈服位移和弹塑性变形
• 4.13.3 耗能能力
• 4.13.4 结构的屈服机制
• 4.13.5 结构的破坏特征
• 5 结语
• 5.1 完成的主要研究内容
• 5.2 主要结论
• 5.3 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录