中高层密肋壁板结构密肋复合墙体受力性能及设计方法研究

论文摘要

密肋壁板结构具有轻质节能、保温隔声、绿色环保、施工简便、造价低廉等优点,是一种性能优越的新型抗震结构体系。目前,该结构体系在多层及中高层建筑中的理论与应用研究已取得较好的阶段性成果。然而,作为一种新型结构体系,由于复杂的受力特性使其在确定简化计算模型、承载力计算方法等方面仍还存在许多问题。本文以中高层密肋壁板结构的主要受力构件—密肋复合墙体为研究对象,在总结分析已有研究成果的基础上,利用试验手段及数值分析方法,着重对密肋复合墙体在竖向和水平荷载作用下的轴心受压及压、弯、剪复合受力性能、破坏模式、承载力水平、整体结构的工作性能、变形特征、正截面承载力计算等设计计算方法进行了较为深入细致的研究,主要研究内容及成果概括如下: 1.进行了5榀1/2比例单层单跨密肋复合墙体在竖向荷载作用下的抗压试验,研究分析了密肋复合墙体在竖向荷载作用下的受力性能、破坏过程、破坏机理、承载能力及变形性能等;探讨了墙体高厚比、荷载作用方式等因素对墙体轴心受压承载力的影响;分析了肋梁在墙体受压过程中的作用、砌块对墙体抗压的贡献以及轴力在边框柱、肋柱及砌块间的分配特点,为密肋复合墙体轴心受压承载力计算公式的建立提供了可靠的试验数据。 2.对密肋复合墙体在竖向荷载作用下的受力性能进行了线弹性及非线性有限元分析。针对不同分析内容及目的,提出了不同的有限元计算模型,并利用试验数据对计算模型的合理性和精确度进行了验证。在密肋复合墙体线弹性有限元分析中,得出了轴力分配系数的影响因素及不同参数下的轴力分配系数计算结果,为类似复合墙体工程设计提供了参考。在密肋复合墙体非线性有限元分析中,着重对墙体的承载力、稳定性能及其影响因素进行了细致的分析,提出了稳定系数的计算公式,为复合墙体轴心受压承载力计算公式的建立提供了理论依据。 3.进行了两榀1/2比例两层两跨密肋复合墙体在竖向、水平荷载及水平弯矩共同

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.1.1 我国建筑业发展现状及面临的问题
• 1.1.2 新型住宅结构体系的研究与应用现状
• 1.1.3 密肋壁板结构体系的特点、应用及发展趋势
• 1.2 密肋壁板结构的试验和理论研究现状
• 1.2.1 密肋复合墙体的破坏模式
• 1.2.2 密肋复合墙体的受力特性
• 1.2.3 密肋复合墙体正截面承载力计算公式的研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 密肋复合墙体在竖向荷载作用下受力性能试验研究
• 2.1 试验简介
• 2.1.1 试件设计与制作
• 2.1.2 模型的相似关系
• 2.1.3 材料的物理、力学性能
• 2.1.4 试验方法
• 2.2 主要试验结果及分析
• 2.2.1 试件破坏过程描述
• 2.2.2 破坏模式及承载力
• 2.2.3 竖向位移特征
• 2.2.4 边框柱及肋柱纵向钢筋应变特征
• 2.2.5 肋梁的受力特性
• 2.2.6 各柱及砌块承担的轴力及分配特点
• 2.2.7 截面正应力分布特点
• 2.2.8 轴心受压承载力分析
• 2.3 本章小结
• 3 密肋复合墙体在竖向荷载作用下受力性能有限元分析
• 3.1 密肋复合墙体非线性有限元理论基础
• 3.1.1 墙体中不同材料的本构模型
• 3.1.2 密肋复合墙体中裂缝的处理
• 3.1.3 密肋复合墙体中不同材料的联结问题
• 3.2 密肋复合墙体有限元分析模型的选取
• 3.2.1 实体单元模型
• 3.2.2 梁——壳单元组合模型
• 3.3 竖向荷载作用下密肋复合墙体有限元分析程序的验证
• 3.3.1 两个试件有限元分析及程序验证
• 3.3.2 中高层密肋复合墙体底层受力性能分析有限元计算模型验证
• 3.4 密肋复合墙体在竖向荷载作用下轴力的分配特点及规律
• 3.4.1 有限元计算模型
• 3.4.2 柱轴力分配系数的影响因素
• 3.4.3 底层柱轴力分配系数
• 3.4.4 柱轴力计算
• 3.5 密肋复合墙体在竖向荷载作用下轴心受压承载力有限元分析
• 3.5.1 分析对象及计算模型
• 3.5.2 平面内承载力计算结果及分析
• 3.5.3 复合墙体稳定分析
• 3.5.4 稳定系数简化计算公式
• 3.6 本章小结
• 4 密肋复合墙体压、弯、剪复合受力性能试验研究
• 4.1 试件设计及制作
• 4.1.1 建筑原型
• 4.1.2 试件原型
• 4.1.3 原型计算要点
• 4.1.4 试验模型的选取
• 4.1.5 试件截面设计与制作
• 4.1.6 材料力学性能
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 加载方案设计
• 4.2.2 测试方案
• 4.2.3 加载装置与设备
• 4.2.4 加载制度
• 4.3 试件整体受力性能的试验结果及分析
• 4.3.1 试件破坏过程描述
• 4.3.2 试件的破坏特征及破坏模式
• 4.3.3 试件的承载力、延性及变形性能
• 4.3.4 试件的变形及刚度分析
• 4.4 试件中各构件受力性能试验结果及分析
• 4.4.1 混凝土柱纵向钢筋应变分析
• 4.4.2 正应变沿墙体截面高度的分布
• 4.4.3 墙体内力及其在边框柱与复合墙板中的分配
• 4.4.4 暗梁的受力性能
• 4.4.5 墙板底部的剪切滑移
• 4.5 本章小结
• 5 密肋复合墙体压、弯、剪复合受力性能有限元分析
• 5.1 密肋复合墙体压、弯、剪复合受力性能线弹性分析
• 5.1.1 有限元计算模型
• 5.1.2 整体弯曲对复合墙体受力性能的影响
• 5.1.3 边框柱截面形状及尺寸对复合墙体受力性能的影响
• 5.1.4 复合墙体的变形特征
• 5.2 密肋复合墙体压、弯、剪复合受力性能非线性有限元分析
• 5.2.1 复合墙体非线性有限元分析程序及其验证
• 5.2.2 复合墙体压、弯、剪复合受力性能非线性有限元计算模型
• 5.2.3 墙体的承载力分析
• 5.2.4 墙体水平位移及抗侧刚度分析
• 5.2.5 墙体弯曲正应力及应变的特点
• 5.2.6 墙体的弯曲破坏形态及特征
• 5.2.7 填充砌块对墙体侧移刚度及整体抗弯的贡献
• 5.3 本章小结
• 6 密肋复合墙体正截面极限承载力研究
• 6.1 密肋复合墙体正截面压弯承载力
• 6.1.1 墙体正截面极限压弯承载力数值解分析
• 6.1.2 墙体正截面极限压弯承载力实用计算公式
• 6.1.3 边框柱采用对称配筋时压弯承载力计算
• 6.1.4 墙体压弯破坏形态影响因素分析
• 6.2 密肋复合墙体正截面轴心受压承载力
• 6.2.1 基本假定
• 6.2.2 复合墙体轴心受压承载力计算公式
• 6.3 本章小结
• 7 中高层密肋壁板结构设计方法研究
• 7.1 中高层密肋壁板结构概念设计
• 7.1.1 房屋适用高度、层数和高宽比
• 7.1.2 建筑体形和结构布置原则
• 7.1.3 水平位移限值
• 7.1.4 抗震等级
• 7.2 密肋复合墙体截面设计及构造
• 7.2.1 一般规定
• 7.2.2 截面设计
• 7.2.3 边框柱构造要求
• 7.2.4 中高层密肋壁板结构连接构造
• 7.3 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文
• 攻读博士学位期间参加的主要科研项目