ECC剪力墙罕遇地震作用下整体性能评价和抗震能力需求分析

摘要

传统的钢筋混凝土剪力墙抗震能力设计是引导剪力墙底部破坏，通过加强底部墙体的箍筋配置，提高构件的变形能力。已有震害表明，墙底截面会发生严重的弯曲破坏，普通混凝土材料延性较差，震后往往会有很大的残余变形，不利于结构的加固和修复。所以，提高剪力墙底部的变形能力是提高结构整体抗震性能的关键。纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite，简称ECC）具有良好的受拉应变硬化性能和抗剪性能，也有较大的受压应变能力，可将其应用在剪力墙底部提高剪力墙的延性和变形能力。目前，只有关于ECC剪力墙单个构件的试验研究，还没有对这种高性能剪力墙整体结构的性能分析。因此，有必要考察在剪力墙潜在塑性铰区使用ECC材料后结构的实际抗震性能以及对剪力墙上部楼层抗震能力需求的影响。
　　本文考虑不同的底部ECC剪力墙使用高度、结构体系、双肢墙整体性系数、框剪结构刚度特征值、剪力墙空间布置形式等因素设计34个全塑性算例模型，对比分析了ECC剪力墙和普通RC剪力墙在罕遇地震下结构的破坏模式、结构变形和剪力墙的耗能情况，对ECC剪力墙的整体抗震性能进行评价；对34个基于预设破坏模式的模型进行弹塑性时程分析，统计出ECC剪力墙抗震能力需求沿楼层的分布情况，计算出不同结构每一楼层处的弯矩放大系数和剪力放大系数，并总结了放大系数沿楼层的变化规律。
　　①ECC剪力墙可以有效提高剪力墙的耗能能力。随着ECC使用高度的增大，剪力墙耗能依次增加。
　　②ECC材料因为高强纤维的增韧作用，可以减小ECC剪力墙的剪切开裂概率，降低墙体的剪切损伤。
　　③ECC剪力墙在罕遇地震作用下，相邻上部楼层会发生弯曲破坏。对于剪力墙结构，双肢墙整体系数越大，剪力墙的破坏越严重；对于框剪结构，刚度特征值越小，剪力墙的破坏越严重。
　　④ECC剪力墙与RC剪力墙弯矩放大系数沿楼层的分布规律是近似相同的，在中间楼层处最大，向上、向下依次减小。其中，ECC以上5～6层的弯矩放大系数比普通钢筋混凝土结构大，上部墙体的弯矩放大系数相差不大。
　　⑤剪力墙底部更换ECC材料后，对于双肢剪力墙结构，剪力墙底部加强区以上4～5层的剪力放大系数相比RC结构会增大；对于框架剪力墙结构，剪力墙底部加强区以上8～9层的剪力放大系数相比RC结构会变大。上部楼层处，ECC剪力墙和普通RC剪力墙的剪力放大系数曲线基本重合。
　　⑥不同结构体系中，双肢剪力墙结构弯矩放大系数最大，偏心框剪结构次之，中心框剪结构最小。对于剪力墙结构，弯矩放大系数随着整体系数的增大而变大，结构高度越高，弯矩放大系数越大。对于框架剪力墙结构，弯矩放大系数随着结构刚度特征值的增大依次变大。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目的和内容

2 ECC材料性能介绍

2.1 ECC材料单轴受拉性能

2.2 ECC材料单轴受压性能

2.3 ECC偏压构件正截面配筋计算理论探究

3 有限元分析模型及算例介绍

3.1 perform-3D有限元分析模型

3.2 perform-3D有限元分析材料本构

3.3 算例信息

3.4 地震波信息

4 ECC剪力墙罕遇地震作用下的整体性能评价

4.1 剪力墙结构弹塑性时程分析

4.2 偏心布置框架剪力墙结构弹塑性时程分析

4.3 中心布置框架剪力墙结构弹塑性时程分析

4.4 本章小结

5 ECC剪力墙抗震能力需求分析

5.1 抗震能力需求计算方法简介

5.2 ECC剪力墙抗震能力需求计算方法校验

5.3 ECC剪力墙抗弯能力需求计算

5.4 ECC剪力墙抗剪能力需求计算

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 后续展望

致谢

参考文献

附录 地震波反应谱与加速度时程曲线