错层板柱结构体系的受力特点及抗震性能试验研究

发布时间：2018-04-08 23:01

本文选题：错层板柱　切入点：节点　出处：《东南大学》2015年博士论文

【摘要】：我国城市化进程发展迅猛,汽车数量急剧增加,车辆停放已逐渐成为一个突出的社会问题。建造高效迅捷、经济安全的停车建筑,具有重大的经济价值和社会意义。错层板柱结构体系应用于停车场建筑,可以更加合理利用空间,达到良好的经济效益和社会效益。作为一种新型结构体系,错层板柱结构体系独特的力学性能决定了不能根据现行规范的板柱设计条文进行承载力设计和结构抗震设计。为探索错层板柱结构体系的破坏机制、耗能机理及抗震能力,本文采用试验研究、有限元模拟及理论分析相结合的方法,对错层板柱结构的抗震性能,从节点、空间模型、优化模型进行了多层次的系统研究。本文的主要工作及成果如下：第一,对本课题组现有关于错层板柱节点及体系的研究成果进行收集、总结和评估,从错层板柱节点和结构体系两个方面提出了相应的概念设计方法。错层节点的概念设计主要是根据错层柱受梁板构件的约束情况以及受梁板构件的影响规律提出。错层板柱结构体系的抗震概念设计,主要涉及错层板柱结构体系结构布置、错层板柱结构构件的概念设计以及错层板柱结构体系的抗震构造措施三个方面。第二,进行了两个错层板柱节点试件的低周反复荷载试验。试验结果表明,错层短柱节点在低周反复荷载作用下由斜压杆机制转变为以混凝土为斜压杆、箍筋为水平拉杆、柱纵筋为竖向拉杆的桁架机制,最后以短柱处的剪切破坏为节点破坏模式；滞回曲线呈反S型,捏缩效应明显,延性系数较低,耗能能力不甚理想。工程设计中,短柱的配筋计算与构造措施应予以特别重视,节点核心区的钢筋锚固及边梁设计应予以加强。第三,基于错层板柱节点力学性能试验结果和桁架模型理论,提出错层板柱节点破坏理论。类比现行《建筑抗震设计规范》中的框架梁柱节点核心区截面抗震验算公式,提出了错层板柱节点核心区截面抗震验算公式,包括错层板柱节点核心区水平截面上的剪力计算公式和水平抗剪承载力公式,与试验结果吻合良好。第四,进行了1/7缩尺的错层板柱结构模型振动台试验,对其整体抗震性能进行研究与分析。结果表明,在有效控制位移、扭转等结构计算参数的前提下,错层板柱结构可以在7度区使用；在8度及以上烈度区,未采取有效加强措施时,不建议使用。错层的存在导致错层柱两侧的抗侧刚度不均,动力反应存在较大差别；错层柱及板柱节点的结构柱为模型最大应变位置,在结构设计中应予以重视。第五,针对试验研究成果以及错层板柱结构的特点,尝试优化结构方案,采用Q235软钢斜撑对错层位置进行加强,以达到楼板与柱协调变形,提高体系耗能的目的。采用非线性有限元软件ABAQUS分别对优化模型与原有模型进行弹塑性对比分析。结果表明：耗能元件截面参数取值可采用承载力等效理论、耗能元件先于结构屈服等原则进行；采用耗能支撑的错层板柱体系抗震性能有所提高,耗能能力比原模型约提高20%。第六,根据以上研究成果,给出错层板柱结构的构造及设计建议。作为一种新型结构体系,本文对错层板柱结构体系的节点基本力学性能和体系抗震性能进行了研究和探讨,但付诸工程应用尚有不少需要解决的问题,文章对此进行了展望。
[Abstract]:In this paper , the authors put forward corresponding conceptual design methods for the failure mechanism , energy dissipation mechanism and seismic capacity of the staggered column structure system .
In the engineering design , the calculation and construction measures of reinforcement in the core area of the node are given special attention , and the reinforcement anchorage and the edge beam design of the core area of the node are strengthened . Third , the structure model shaking table test of the core area of the wrong layer column node is proposed . The results show that the structure of the wrong laminated plate column can be used in the 7 - degree area under the precondition of effective control of displacement , torsion and other structural calculation parameters .
In the intensity area of 8 degrees and above , no effective reinforcement measures are taken , and it is not recommended to use . The presence of the wrong layer leads to uneven resistance to side rigidity on both sides of the wrong layer column , and the dynamic response is greatly different ;
The structural columns of the staggered columns and the column nodes are the maximum strain positions of the model and should be taken seriously in the structural design . According to the results of the experiment and the characteristics of the structure of the staggered plates , the optimal structure scheme is tried to improve the system energy consumption . The results show that the parameters of the cross section of the energy consumption element can be compared with the original model . The results show that the parameter values of the cross section parameters of the energy consumption element can be calculated by using the principle of the equivalent theory of bearing capacity , the energy consumption element before the structural yield , etc .
As a new type of structural system , the basic mechanical properties and seismic behavior of the nodes of the wrong laminated column structure system are studied and discussed . However , there are quite a few problems to be solved in the application of engineering applications .

【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU352.11

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