圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙抗震试验与理论研究

论文摘要

剪力墙是用于高层建筑抗侧力体系的关键竖向构件。随着高层建筑特别是超高层建筑的快速发展,研发新型组合剪力墙已成为工程亟需。在课题组已有方钢管混凝土边框组合剪力墙抗震研究基础上,本文提出了圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙,这是一种多重组合剪力墙,实现了钢管混凝土、混凝土剪力墙、钢桁架三种抗侧力体系组合,以及型钢和混凝土两种材料组合,充分发挥了不同抗侧力体系和不同材料的抗震优势,形成了具有多道抗震防线的组合剪力墙。本文对该多重组合剪力墙进行了较系统的抗震性能试验研究和理论分析,主要贡献如下:1.提出了圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙,完成了11个1/5缩尺的剪跨比分别为1.0、1.5和2.0模型试件的低周反复荷载试验研究,较系统地分析了各试件的承载力、延性、刚度及其退化过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征等,揭示了其抗震机理。2.完成了6个1/12缩尺的高宽比分别为1.5和3.0模型试件的模拟地震振动台试验研究,较系统地分析了在不同台面峰值加速度输入工况下,各试件的加速度反应、位移反应和应变反应等,得出了不同构造剪力墙在地震作用下的累积损伤演化过程。3.建立了圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙的承载力计算模型、恢复力模型,并实现了弹塑性有限元建模,计算结果与实测结果符合较好。基于理论计算分析,揭示了该新型组合剪力墙的受力与变形变化规律。4.给出了圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙抗震设计方法。包括适用范围、一般规定、布置原则和构造措施。主要结论:(1)圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙,具有多道抗震防线和良好的抗震屈服机制,其承载力、延性比圆钢管混凝土边框剪力墙明显提高,比普通混凝土剪力墙显著提高。(2)圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙,由于其剪力墙中内藏钢桁架的存在,有效制约了剪力墙斜裂缝的出现和发展,提高了剪力墙的后期刚度。(3)圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙,具有良好的滞回性能和较强的抗震耗能能力。(4)圆钢管混凝土边框内藏钢桁架组合剪力墙,在动力荷载作用下位移反应明显小,具有较强的抗地震倒塌能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 钢管混凝土
• 1.2.2 组合剪力墙
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.3.1 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙低周反复荷载试验研究
• 1.3.2 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙模拟地震振动台试验研究
• 1.3.3 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙抗震理论研究
• 1.3.4 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙抗震设计方法研究
• 第2章 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架低矮剪力墙抗震性能试验研究
• 2.1 试验概况
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.2 材料性能
• 2.2 加载方案及测试内容
• 2.2.1 加载装置
• 2.2.2 加载制度
• 2.2.3 测试内容及测点布置
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 承载力实测值及分析
• 2.3.2 刚度实测值及分析
• 2.3.3 延性性能分析
• 2.3.4 滞回特性分析
• 2.3.5 骨架曲线分析
• 2.3.6 破坏特征分析
• 2.3.7 实测应变及分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架中高剪力墙抗震性能试验研究
• 3.1 试验概况
• 3.1.1 试件设计
• 3.1.2 材料性能
• 3.2 加载方案及测试内容
• 3.2.1 加载装置
• 3.2.2 加载制度
• 3.2.3 测试内容及测点布置
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 承载力实测值及分析
• 3.3.2 刚度实测值及分析
• 3.3.3 延性性能分析
• 3.3.4 滞回特性分析
• 3.3.5 骨架曲线分析
• 3.3.6 破坏特征分析
• 3.3.7 实测应变及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架高剪力墙抗震性能试验研究
• 4.1 试验概况
• 4.1.1 试件设计
• 4.1.2 材料性能
• 4.2 加载方案及测试内容
• 4.2.1 加载装置
• 4.2.2 加载制度
• 4.2.3 测试内容及测点布置
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 承载力实测值及分析
• 4.3.2 刚度实测值及分析
• 4.3.3 延性性能分析
• 4.3.4 滞回特性分析
• 4.3.5 骨架曲线分析
• 4.3.6 破坏特征分析
• 4.3.7 实测应变及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙有限元建模
• 5.1 引言
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.2.1 材料本构模型
• 5.2.2 单元选取
• 5.2.3 网格划分
• 5.2.4 接触模拟
• 5.2.5 边界条件及加载方式
• 5.2.6 非线性方程求解
• 5.3 本章小结
• 第6章 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙弹塑性有限元计算
• 6.1 引言
• 6.2 有限元计算分析
• 6.2.1 荷载-位移曲线
• 6.2.2 各阶段工作性能
• 6.3 工作机理分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙模拟地震振动台试验研究
• 7.1 试验概况
• 7.1.1 模型设计
• 7.1.2 试件制作及材料性能
• 7.1.3 相似关系
• 7.2 振动台试验方案
• 7.2.1 试验设备
• 7.2.2 加载方案
• 7.2.3 测试内容及测点布置
• 7.3 动力反应
• 7.3.1 加速度反应
• 7.3.2 位移反应
• 7.3.3 应变反应
• 7.4 破坏特征
• 7.4.1 STW1.5 剪力墙
• 7.4.2 STW3.0 剪力墙
• 7.5 弹性有限元时程分析
• 7.6 结论
• 7.7 本章小结
• 第8章 圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙力学模型与计算分析
• 8.1 弹性刚度计算模型及计算分析
• 8.1.1 弹性刚度计算模型
• 8.1.2 计算值与实测值的比较
• 8.2 承载力计算分析
• 8.2.1 正截面承载力计算
• 8.2.2 斜截面承载力计算
• 8.2.3 计算值与实测值的比较
• 8.3 恢复力模型及计算分析
• 8.3.1 骨架曲线
• 8.3.2 滞回规则
• 8.3.3 恢复力模型及计算结果
• 8.4 本章小结
• 第9章 设计建议
• 9.1 引言
• 9.2 抗震设计建议
• 9.2.1 适用范围
• 9.2.2 一般规定
• 9.2.3 布置原则
• 9.2.4 构造措施
• 9.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 博士期间发表的论文
• 博士期间申请及获得的专利
• 博士期间的科研成果
• 致谢