抗震剪力墙小跨高比连梁的理论分析及试验研究

论文摘要

钢筋混凝土联肢剪力墙结构具有良好的抗震性能,不仅是由于它有很强的墙肢,而且还因为它有连梁。连梁是墙肢之间的传力纽带,在地震作用下,连梁可以首先屈服,通过塑性铰耗散地震能量,从而保护建筑物的主要承重部分一墙肢。在实际工程中,一方面由于建筑上的需要,小跨高比连梁时有所见;另一方面,在框架一剪力墙和框架-核心筒结构中,因其中的剪力墙和核心筒承担了大部分水平荷载,故有必要选用跨高比偏小的连梁以保证结构所需要的侧向刚度。小跨高比连梁由于跨高比较小（小于等于2.5）,名义剪压比较大,属于两端刚接,反弯点在跨中的反对称弯曲深梁,其受力和变形性能与跨高比较大的细长梁或简支深梁都有很大的差别,因此国内外都十分重视小跨高比连梁的研究。试验研究表明,在抗震联肢墙中对这种连梁若再用常规框架梁的抗震设计方法进行设计已无法避免其过早发生剪切破坏,从而无法满足结构对其抗震性能的要求。纵观国内外对这一课题的研究成果,至今仍未找到一种既方便施工又具有良好抗震性能的连梁配筋方案。在刚完成的我国新一轮结构设计规范的修订中,小跨高比连梁的抗震设计方法是被关注的重点问题之一。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）为了满足工程设计的需要,对小跨高比连梁在没有充分试验结果的情况下,暂时采用降低最大作用剪力和提高箍筋用量的设计方法,而《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）则把这个问题继续留作空缺。 国内外对跨高比较大的连梁（跨高比大于2.5）研究较多,而对小跨高比连梁的研究则较少。我国关于小跨高比连梁的受剪承载力计算公式,是在跨高比较大的连梁受剪承载力计算公式基础上乘以0.9的折减系数来得到的,缺乏理论依据,因此尚未形成完善的受剪承载力计算方法。软化桁架理论是将应力平衡方程、应变协调方程和材料本构方程三者结合起来对钢筋混凝土剪、扭构件受力性能进行全过程分析的一种理论。用软化桁架理论来分析小跨高比连梁的受力性能目前国内尚无探讨,本文利用软化桁架理论分析了小跨高比连梁的受剪承载力和受力性能。对比参考文献的试验结果可见,软化桁架理论可以应用于小跨高比连梁的整个加载历史分析,分析结果与试验结果一致。本文通过分析得出,可以根据箍筋和混凝土相对贡献的大小,将小跨高

论文目录

• 第一章 研究概述
• 1.1 小跨高比连梁的研究背景
• 1.2 国内外连梁的试验研究现状
• 1.2.1 普通配筋连梁的研究
• 1.2.2 斜向交叉暗柱式配筋连梁
• 1.2.3 菱形配筋连梁
• 1.2.4 沿对角线方向配置斜向交叉钢筋的连梁
• 1.2.5 L形钢筋与沿对角线方向配置斜向交叉钢筋的连梁
• 1.2.6 其它形式的连梁
• 1.3 有待解决的问题
• 1.4 本文的研究目的和研究内容
• 参考文献
• 第二章 普通配筋小跨高比连梁的软化桁架模型解
• 2.1 引言
• 2.2 基本方程
• 2.2.1 平衡方程
• 2.2.2 协调方程
• 2.2.3 本构方程
• 2.2.4 基本方程的简化
• 2.3 求解方法
• 2.4 剪应力与剪应变之间的关系
• 2.4.1 破坏模式
• 2.4.2 混凝土应力处在上升段，箍筋尚未屈服
• 2.4.3 混凝土应力处在上升段，箍筋屈服
• 2.4.4 混凝土应力处在下降段，箍筋屈服
• 2.4.5 混凝土应力处在下降段，箍筋尚未屈服
• 2.5 极限受剪承载力
• 2.5.1 少筋破坏时的最大剪应力
• 2.5.2 适筋破坏下限的最大剪应力
• 2.5.3 超筋破坏时的最大剪应力
• 2.6 适筋破坏的界限及实用配箍特征值
• 2.6.1 适筋破坏下限
• 2.6.2 适筋破坏上限
• 2.6.3 实用配箍特征值范围
• 2.7 连梁受剪承载力计算
• 2.7.1 适筋破坏上限的最大剪应力
• 2.7.2 适筋破坏下限的最大剪应力
• 2.7.3 配箍率
• 2.7.4 受剪承载力计算步骤
• 2.7.5 算例分析
• 2.8 结论
• 参考文献
• 第3章 普通配筋较小跨高比连梁的软化拉、压杆模型解
• 3.1 引言
• 3.2 较小跨高比连梁的软化拉、压杆模型
• 3.2.1 宏观模型
• 3.2.2 平衡条件
• 3.2.3 本构方程
• 3.2.4 协调方程
• 3.3 求解方法
• 3.4 算例分析
• 3.5 算例对比
• 3.6 软化桁架模型与软化拉压杆模型的对比
• 3.7 结论
• 参考文献
• 第4章 小跨高比连梁新配筋方案的试验研究
• 4.1 新配筋方案的提出
• 4.2 试验试件的设计
• 4.2.1 设计参数的含义
• 4.2.2 设计计算公式
• 4.2.3 构件的设计参数、材料强度及配筋情况
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 试验装置
• 4.3.2 试验加载制度
• 4.3.3 试件的失效准则
• 4.4 试件的量测内容及方法
• 4.4.1 量测的主要内容
• 4.4.2 量测方法及测点布置
• 4.5 试验现象与试验结果
• 4.5.1 说明
• 4.5.2 试验描述的主要内容
• 4.6 试件CB-1的试验结果
• 4.6.1 试件CB-1的破坏形态
• 4.6.2 试件CB-1的荷载-位移滞回曲线
• 4.7 试件CB-2的试验结果
• 4.7.1 试件CB-2的破坏形态
• 4.7.2 试件CB-2的荷载-位移滞回曲线
• 4.8 试件CB-3的试验结果
• 4.8.1 试件 CB-3的破坏形态
• 4.8.2 试件 CB-3的荷载-位移滞回曲线
• 参考文献
• 第5章 试验结果的综合分析及讨论
• 5.1 小跨高比连梁的破坏形态
• 5.1.1 弯曲滑移型破坏
• 5.1.2 剪切型破坏
• 5.1.3 弯曲剪切型破坏
• 5.2 新配筋方案连梁破坏形态
• 5.3 各因素对连梁受力性能的影响
• 5.3.1 各钢筋的应变变化规律以及对连梁受力性能的影响
• 5.3.2 设计参数对连梁受力性能的影响
• 5.4 连梁抗震性能分析
• 5.4.1 承载能力退化
• 5.4.2 刚度退化
• 5.4.3 滞回性能和延性
• 5.4.4 耗能性能
• 5.5 小跨高比连梁承载力分析
• 5.5.1 受弯承载力分析
• 5.5.2 受剪承载力分析
• 5.6 结论
• 参考文献
• 第6章 小跨高比连梁新配筋方案的ANSYS分析
• 6.1 ANSYS程序的计算原理与方法
• 6.1.1 单元类型
• 6.1.2 混凝土单元的模拟
• 6.1.3 钢筋单元的模拟
• 6.2 连梁有限元模型的建立
• 6.2.1 连梁试件的截面尺寸和几何参数
• 6.2.2 单元类型
• 6.2.3 材料模型
• 6.2.4 建立 FEM模型
• 6.3 有限元分析结果也试验结果的比较
• 6.3.1 承载力分析
• 6.3.2 钢筋应力分析
• 6.3.3 裂缝开展情况
• 6.3.4 新配筋方案连梁的有效性评价
• 6.4 结论
• 参考文献
• 第7章 小跨高比连梁在抗震双肢剪力墙结构中的应用
• 7.1 引言
• 7.2 分析方法
• 7.2.1 计算简图
• 7.2.2 两根强连梁双肢剪力墙结构分析
• 7.2.3 内力分析
• 7.2.4 水平位移分析
• 7.3 内力和位移一般解
• 7.3.1 约束弯矩
• 7.3.2 水平位移
• 7.4 强连梁的最优位置
• 7.5 强连梁的数量
• 7.5.1 正常使用极限状态强连梁数量
• 7.5.2 承载力极限状态强连梁数量
• 7.6 强连梁双肢剪力墙结构的性能
• 7.6.1 刚性连梁最优位置
• 7.6.2 强连梁刚度的影响
• 7.6.3 强连梁结构的有效性
• 7.6.4 不同荷载情况的比较
• 7.7 算例验证
• 7.8 小结
• 参考文献
• 第8章 结论和建议
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文