型钢高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验及理论研究

发布时间：2019-09-12 07:17

【摘要】：短肢剪力墙是近年来在我国兴起的一种新型抗侧力构件,其墙肢截面的高度与厚度之比为5-8,是介于异形柱和剪力墙之间的一种过渡形式。由于短肢剪力墙截面形式多样,具有空间布置灵活,建筑功能易满足且造价低等优点,在我国南方地区得到了广泛应用,具有良好的市场应用前景。与普通剪力墙相比,短肢剪力墙存在承载力偏低,抗侧刚度和抗震性能不足等问题。我国行业标准对其抗震等级、轴压比等方面采取了严格的限制,故该结构形式只适用于10-25层的高层住宅中。如何突破短肢剪力墙的局限性,拓展其应用范围,在我国具有重要的现实意义。针对这一问题,提出了型钢高强混凝土(Steel Reinforced High-strength Concrete,SRHC)短肢剪力墙这一新型构件。型钢高强混凝土短肢剪力墙指的是在短肢剪力墙中采用高强混凝土并配置型钢,一方面采用高强混凝土提高短肢剪力墙的承载力,另一方面通过配置型钢以获取较好的抗震性能。可以预测,该新型结构将具有更广阔的适用性和更好的社会经济效益。作为一种新的构件形式,其受力机理仍需通过试验深入研究。本课题以在使用上具有良好前景的SRHC短肢剪力墙为研究对象,采取试验研究、理论分析和计算机仿真模拟分等研究手段,深入揭示这种新型抗侧力构件的抗震性能,为进一步推广短肢剪力墙结构做好理论基础。本文获得的主要研究成果如下：1.通过对6个一字形截面SRHC短肢剪力墙试件进行低周反复荷载试验,研究不同配钢形式、不同轴压比的SRHC短肢剪力墙在压、弯、剪力共同作用下的破坏形式、承载能力、抗侧刚度、延性、耗能能力等,深入了解该类型构件的受力机理并为后续研究提供数据支持。试验结果表明：SRHC短肢剪力墙试件与普通钢筋混凝土短肢剪力墙试件相比,承载能力得到了大幅度提高,而延性相当。格构式和实腹式SRHC短肢剪力墙的破坏过程相近,最终破坏形态为压弯破坏。比较两种配钢形式的试件,相同轴压比下,格构式SRHC短肢剪力墙的承载力较实腹式略高,但延性稍差。相对于格构式试件,实腹式试件的开裂和破坏程度均较轻,强度和刚度退化曲线平缓,耗能能力较好。轴压比对两种配钢形式SRHC短肢剪力墙的影响规律一致,即：随着轴压比提高,SRHC短肢剪力墙水平承载力提高,延性变差,极限位移角减小。本文实腹式SRHC短肢剪力墙试件通过在钢板上开圆孔,使钢板和混凝土能更好协同工作,可增强试件的整体性,效果良好,可供借鉴。2.在对SRHC短肢剪力墙试件进行低周反复荷载试验研究的基础上,应用ABAQUS软件,结合试验数据分别对SRHC短肢剪力墙试件和SRHC短肢剪力墙一连梁节点试件进行非线性有限元仿真分析和参数分析。有限元分析结果和试验数据符合良好,验证了本文有限元模型是合理有效的。结合有限元和试验结果,对比两种配钢形式试件可知：实腹式试件延性较好,实腹钢板应力分布较均匀合理,因此在保证型钢和混凝土有效粘结力的前提下,实腹式试件受力性能优于格构式试件。采用高强混凝土可显著提高试件承载力,但高强混凝土的脆性特征可导致试件延性下降,对于SRHC短肢剪力墙,本文建议采用强度为C50-C60的混凝土以获得较好的综合性能。对SRHC短肢剪力墙一连梁节点的有限元分析表明：型钢连梁试件较型钢混凝土连梁试件延性好,而刚度和承载力略低；轴压比对SRHC短肢剪力墙一连梁节点的影响规律与对普通钢筋混凝土短肢剪力墙的基本一致,即随着轴压比的提高,SRHC短肢剪力墙节点的峰值承载力增加,而极限位移值减小,初始刚度略有增加。3.结合对SRHC短肢剪力墙的试验研究,在偏心受压构件正截面承载力计算理论的基础上,考虑墙肢两端型钢、墙肢中部钢板以及纵筋对承载力的贡献,得到压弯破坏的SRHC短肢剪力墙正截面承载力计算公式。本文所提出的SRHC短肢剪力墙承载力计算公式和试验结果符合较好。4.对现有的格构式SRHC短肢剪力墙试验数据进行分析,通过对现有规范中型钢剪力墙受剪承载力计算公式的修正,给出了SRHC短肢剪力墙受剪承载力计算公式,经与试验结果对比表明,本章提出的公式具有较好的准确性。通过对实腹式SRHC短肢剪力墙的有限元分析,得出钢板对试件斜截面承载力贡献量的计算值,经过回归得出计算公式。本文有限元的分析结果可为试验研究提供参考,为以后的进一步研究奠定基础。5.在低周反复荷载试验的基础上,建立了适合于SRHC短肢剪力墙并考虑刚度退化的四线型恢复力模型。通过数据分析和理论推导,拟合出对应骨架曲线各特征点参数和各阶段刚度的计算公式,总结出相应的滞回规律。本文模拟的计算曲线与试验曲线基本相符,能较好反映SRHC短肢剪力墙的滞回特性,可为该类型的结构体系的动力分析提供参考。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU398.2;TU352.11

【参考文献】