复合约束高强机制砂混凝土剪力墙有限元分析及刚度退化指标限值研究

发布时间：2020-05-16 10:48

【摘要】：钢筋混凝土剪力墙是高层建筑中广泛采用的抗侧力构件。然而,当建筑到达一定高度时,其应用受到限制。钢管混凝土组合剪力墙因具有优越的受力性能和显著的经济效益受到了日益广泛的关注。将高强混凝土应用在钢管混凝土组合剪力墙中,可以有效减少构件截面,减轻结构自重,增加建筑使用面积。但由于高强混凝土脆性大,我国规范限制了高强混凝土在抗震剪力墙中的使用。另一方面,随着天然河砂资源日益匮乏以及过度开采河砂弊端的凸显,寻求替代天然河砂的砂源尤为重要。使用机制砂代替天然河砂制备高强混凝土是一种可行的方案,但高强机制砂混凝土脆性更为明显。为此,本课题组设计了一种以钢管与环套箍筋形成复合约束的新型组合剪力墙构件,通过钢管及环套箍筋的约束作用,明显改善高强机制砂混凝土的脆性,充分利用其高承载力和提高其变形能力。通过研究新型组合剪力墙的有效性,为其在复杂高层及超高层建筑结构中的应用提供重要依据。本课题组进行了4片复合约束高强机制砂混凝土剪力墙的低周反复荷载试验。为了进一步深入研究其抗震性能,本文采用ABAQUS程序建立了复合约束高强机制砂混凝土剪力墙有限元模型,验证了有限元模型的可靠性;在此基础上,研究了复合约束高强机制砂混凝土剪力墙的抗震性能;进而提出了剪力墙承载力计算公式,并进行了验证;建立了新型组合剪力墙抗震性能水准划分标准,提出了各性能水准的刚度退化指标门槛值,为基于性能的抗震设计提供了重要依据。主要研究内容如下:(1)整理了本课题组4片复合约束高强机制砂混凝土剪力墙抗震性能试验结果,采用钢管约束高强机制砂混凝土本构模型,利用非线性有限元软件ABAQUS建立复合约束高强机制砂混凝土剪力墙模型,将模拟结果与试验结果进行对比分析。(2)依据已验证的有限元模型,通过对ABAQUS软件的二次开发建立了基于Python语言的复合约束高强机制砂混凝土剪力墙前处理脚本;根据前处理脚本所编写的前处理模型,编写了可分类提取各材料应变及构件受力荷载-位移曲线的后处理脚本。(3)为对试验模型进行了参数拓展,利用ABAQUS软件建立了98个复合约束高强机制砂混凝土剪力墙有限元模型,研究了轴压比、混凝土强度、钢材强度、含钢率及箍筋间距对复合约束机制砂高强混凝土剪力墙抗震性能的影响。(4)参照混凝土结构设计规范(GB50010-2010)及型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 138-2016),提出了所设计新型组合剪力墙的承载力计算公式,通过对比已有的一字型钢管约束混凝土剪力墙试验和本课题组4片复合约束高强机制砂混凝土剪力墙试验结果,验证其可靠性。分析试验构件的N-M曲线,确定大小偏心分界点。(5)参照规范定义,基于材料形变并结合构件受力状态和荷载位移曲线,建立了基本完好、轻微损伤、中等破坏、严重破坏四水准性能的判定准则。(6)通过变化轴压比、混凝土强度、钢材强度、含钢率及箍筋间距,设计了156个复合约束机制砂高强混凝土剪力墙有限元模型,分析各变化参数与不同性能水准刚度退化指标限值之间的相关性,并通过T检验确定关键性参数,在此基础上建立关键因素与各性能水准刚度退化限值的回归计算公式。利用公式拓展计算2880个样本参数,提出复合约束高强机制砂混凝土剪力墙的刚度退化指标门槛值。
【图文】：

剪力墙,学院,深圳大学,试件

复合约束高强机制砂混凝土剪力墙有限元分析及刚度退化指标限值研究第 2 章复合约束高强机制砂混凝土剪力墙有限元模型复合约束高强机制砂混凝土剪力墙抗震试验概况为了研究复合约束高强机制砂混凝土剪力墙的抗震性能，并为进一步建立有供依据，本课题组共设计 4 片复合约束高强机制砂混凝土剪力墙试件。试件土木学院院馆浇筑并制作，，试验在深圳大学土木学院结构大厅内进行，如图利用主动跟动型综合加载系统 WAW-JI200J 进行加载试验，采用力-位移混合式，即屈服前力控制，屈服后位移控制的模式。

受压,应力-应变关系,机制砂,天然砂

0D1E （2-3中： —— 材料应力值；0E —— 材料初始弹性模量； —— 材料应变值。.1.1 机制砂混凝土应力-应变关系和普通混凝土本构对比，机制砂混凝土的应力-应变曲线同样分为上升段以及下，由于目前关于机制砂混凝土应力-应变关系研究较少，为此，本课题组在深圳构大厅利用 MTS-YAW6306 压力机进行了 18 个 150mm×150mm×300mm，石粉含，机制砂对天然砂替代率为 100%的机制砂混凝土（与本文所涉及机制砂混凝土致）的受压试验，得到了机制砂混凝土峰值点应力-应变关系式，如图 2.6 所示：
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.2

【参考文献】