钢筋混凝土剪力墙小跨高比连梁抗震性能试验和设计方法研究

摘要

钢筋混凝土联肢剪力墙及壁式框架中的洞口连梁是保证高层建筑常用结构体系抗震性能的关键构件。其中工程常用的小跨高比连梁多属高剪压比、高延性要求构件，各国至今对这类构件尚未找到易于工程实施的有效设计方案。本论文在这类构件抗震受力特征分析及钢筋混凝土剪弯交变作用构件中组合受力特征分析的基础上提出了以对角交叉斜筋及菱形钢筋为主要配筋的“综合斜筋”小跨高比连梁设计方案。经包括29个试件的系列试验证实，此方案连梁可在剪压比高达0.25到0.30的条件下分别达到不低于4.5和4.0的弦转角延性以及良好的耗能能力。
　　本论文还在经试验识别的受力性能基础上为小跨高比综合斜筋连梁提出了在其抗剪弯机构中共同工作的主斜拉杆-压杆模型、菱形筋桁架模型以及箍筋桁架模型，并成功地在满足连梁剪弯整体变形协调条件的前提下建立了这几种模型联合工作的分析方法。经证明该分析模型在预测连梁在屈服后非弹性交替变形中钢筋及混凝土的受力状态以及连梁的侧向及轴向变形方面与试验结果具有令人满意的一致性。这项研究为各国学术界刚刚起步的将拉杆-压杆模型用于超静定及低周交变条件的努力添加了一项成功的探索性成果。
　　针对制定高抗震等级钢筋混凝土联肢墙类结构抗震措施时抗震延性需求分析依据的不足，本论文首次以层数较多(20~25层)的严格按中国规范设计的框架-剪力墙典型结构为对象，经多波输入下的非弹性动力反应分析初步识别出了连梁类构件在罕遇地震下的弦转角延性需求水准。在对有别于框架梁的联肢墙连梁的延性能力-需求比要求作了探讨后，在不建议对连梁刚度或内力作为调整的前提下，以弦转角延性需求3.5~4.0为目标，以跨高比小于3.5作为小跨高比连梁的定义范围，在本论文完成的29个综合斜筋连梁、8个对角斜筋连梁以及6个普通配筋连梁的系列抗震性能试验结果的基础上，并参考使用上述后两种配筋方案的其它试验结果，给出了用以上三种配筋方案分别适应剪压比不大于0.30、0.20和0.12条件的全套高延性结构小跨高比连梁的设计方法建议，供我国《建筑抗震设计规范》、《混泥土结构设计规范》修订参考。

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1 绪 论

1.1 抗震钢筋混凝土联肢剪力墙及壁式框架中连梁的作用

1.2 联肢墙及壁式框架中的小跨高比连梁受力特征及其抗震设计方法进一步优化的必要性

1.3 对已提出的几种小跨高比抗震连梁设计方案的评述

1.4 本论文的研究目的及主要研究内容

2 小跨高比综合斜筋连梁试验及试验结果分析

2.1 试验的主要内容及目的

2.2 试件设计

2.3 试验加载方案

2.4 试验的量测内容及方法

2.5 各试件的承载力及延性

2.6 综合斜筋连梁抗震性能分析

2.7 楼板对连梁抗震性能的作用

2.8 本章小结

3 综合斜筋连梁受力分析方法及受力特征分析

3.1 概述

3.2 可用于小跨高比梁受力分析的桁架模型

3.3 拉杆-压杆模型在结构D区受力分析中的应用

3.4 不同配筋形式小跨高比连梁受力特征分析

3.5 综合斜筋连梁的受力机理分析

3.6 本章小结

4 L/h≤1.5小跨高比综合斜筋连梁受力状态的模拟

4.1 小跨高比综合斜筋连梁受力状态的模拟方法及任务

4.2 小跨高比综合斜筋连梁受力状态模拟的合理化假定

4.3 超静定拉杆-压杆模型几何方程及变形协调方程的建立

4.4 各拉杆、压杆受力状态的计算

4.5 超静定拉杆-压杆模型平衡条件的建立

4.6 连梁受力状态的求解方法及程序计算主框图

4.7 箍筋桁架模型作用的补充计算

4.8 本章小结

5 超静定拉杆-压杆模型合理性验证及连梁受力性能的分析

5.1 概述

5.2 程序验证

5.3 连梁程序计算中的参数分析

5.4 连梁中各类模型抗剪作用的定量分析

5.5 混凝土应变及连梁失效状态的识别

5.6 约束纵向变形后连梁受力性能的变化规律

5.7 超静定拉压杆模型在其它结构短梁受力性能分析中的应用

5.8 本章小结

6 小跨高比对角斜筋连梁及普通配筋连梁抗震性能试验及

6.1 概述

6.2 小跨高比对角斜筋连梁试验研究

6.3 对角斜筋连梁受力机构的分析与模拟

6.4 小跨高比普通配筋连梁试验研究

6.5 本章小结

7 对小跨高比连梁抗震性能有效性的识别

7.1 概述

7.2 程序FW-EPA简介及单元模型化方法

7.3 典型结构的设计

7.4 结构非线性动力反应分析及其主要结果

7.5 本章小结

8 小跨高比连梁抗震设计方法(一级抗震等级)建议

8.1 概述

8.2 小跨高比连梁抗弯、抗剪能力与其延性性能的关系

8.3 小跨高比综合斜筋连梁的设计方法

8.4 小跨高比对角斜筋连梁设计建议

8.5 小跨高比普通配筋连梁设计建议

8.6 本章小结

9 结论

9.1 小跨高比综合斜筋连梁配筋方案的提出及从这类连梁系列试验研究中得出的主要结论

9.2 用超静定拉杆-压杆模型对低周交变受力小跨高比综合斜筋连梁受力机理及受力性能进行模拟分析的主要收获

9.3 对角斜筋连梁抗震性能试验研究及受力性能模拟的主要结论

9.4 小跨高比普通配筋连梁抗震性能试验研究的主要结论

9.5 利用典型框-剪结构的非弹性动力反应分析对连梁罕遇地震水准的延性需求-能力比进行初步识别

9.6 一级抗震等级钢筋混凝土联肢墙连梁成套设计方法建议

9.7 本论文主要创新点

9.8 对后续工作的展望

致谢

参考文献