框支短肢剪力墙中斜柱式和梁式转换结构的受力性能与弹塑性分析

摘要

框支短肢剪力墙适用于底部大开间上部小开间的高层建筑。由于短肢剪力墙的特殊性,框支短肢剪力墙在结构形式、受力特点上与传统框支剪力墙有明显不同,目前在工程界虽然运用广泛,但理论研究尚不完善。在框支短肢剪力墙中,梁式转换结构的应用最为广泛,梁式转换结构具有受力性能好、设计理论和技术完善、构造简单等优点,但也存在一些不足,例如,转换层相对刚度较小,易形成结构薄弱层;转换梁截面尺寸过大而不利于层高的利用等。而新型转换方式-斜柱式转换结构存在转换层传力路径更直接、能有效增加转换层抗侧刚度等优点而逐渐广泛应用于工程实际中。基于这一思路,本文通过具体工程实例梁式转换结构的有限元分析,并改变转换层位置,在转换层短肢墙下加斜柱等方式,对该类结构的整体抗震性能进行了探讨。本文还介绍了静力弹塑性(Push-over)分析方法的原理和实施步骤,对影响Push-over分析方法的因素,如塑性铰类型和位置的设定、剪力墙的简化模型及水平加载方式等问题进行了一些探讨。在此基础上,通过对一榀框支短肢剪力墙梁式转换结构、一榀框支短肢剪力墙斜柱式转换结构、框支短肢剪力墙斜柱式转换整体结构、框支短肢剪力墙梁式转换整体结构进行Push-over分析,并将分析结果与试验结果进行了对比。同时,根据数据对比分析了两类转换结构的延性、耗能、强度及刚度退化等规律,评价了两类转换结构的抗震性能。本文得出的主要结论有:①“梁抬”现象的框支梁工作方式类似于中部承受集中力的固端梁,在跨中出现很大的弯矩和剪力。②由于转换梁两侧的楼板对转换梁的约束作用,框支梁次方向的内力远小于主方向的内力。③随着转换层位置的上移,不但转换层容易成为薄弱层,其下相邻楼层也有可能成为薄弱层。④斜柱式转换结构侧向刚度较大,不易使转换层形成结构薄弱层。⑤对剪力墙简化后进行Push-over分析,是一种有效的分析方法。⑥与梁式转换结构相比,斜柱式转换结构可以获得较好的抗震性能,是一种值得推广的新型转换结构。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 问题的提出

1.3 转换层结构的分类及特点

1.3.1 梁式转换

1.3.2 厚板转换

1.3.3 箱形转换

1.3.4 桁架转换

1.3.5 斜柱式转换

1.4 框支短肢剪力墙的研究现状

1.5 斜柱转换的应用与研究现状

1.6 本课题的研究背景、目的及内容

1.6.1 研究背景

1.6.2 研究目的及内容

2 框支短肢剪力墙受力特点及分析方法

2.1 框支短肢剪力墙的特点

2.1.1 短肢剪力墙的特点

2.1.2 框支短肢剪力墙的特点

2.2 单片框支剪力墙的工作方式

2.2.1 普通单片框支剪力墙的工作方式

2.2.2 框支短肢剪力墙的工作方式

2.3 分析软件的选择

2.3.1 结构主体计算程序的模型

2.3.2 薄壁杆件模型的缺点

2.3.3 墙元模型的类型与特点

2.3.4 ETABS 有限元分析程序简介

3 框支短肢剪力墙弹性分析

3.1 计算模型

3.1.1 工程概况

3.1.2 分析软件

3.2 结构总体分析

3.2.1 结构质心及刚心

3.2.2 结构自振周期及质量参与系数

3.2.3 结构楼层侧移及层间剪力分配

3.2.4 结构抗侧刚度分析

3.3 转换梁内力分析

3.3.1 分析对象的选取

3.3.2 框支梁内力分析

3.4 本章小结

4 框支短肢剪力墙在地震作用下的规律分析

4.1 转换层位置的改变对结构地震特性的影响

4.1.1 转换层位置变化对结构动力特性的影响

4.1.2 转换层位置变化对结构楼层侧移的影响规律

4.1.3 转换层位置变化对结构侧向刚度的影响规律

4.2 斜柱式转换结构的抗震性能分析

4.2.1 斜柱式转换结构侧向刚度变化

4.2.2 斜柱式转换结构转换梁受力情况及传力路径的变化

4.3 本章小结

5 框支短肢剪力墙 PUSH-OVER 分析

5.1 引言

5.2 静力弹塑性分析法原理及步骤

5.2.1 静力弹塑性分析原理

5.2.2 PUSH-OVER 方法实施步骤

5.3 分析模型的建立

5.3.1 剪力墙的模拟

5.3.2 水平力分布模式

5.4 塑性铰的确定

5.4.1 塑性铰的类型与位置

5.4.2 塑性铰特性的确定

5.5 对一榀框支短肢剪力墙进行静力弹塑性分析

5.5.1 试验模型简介

5.5.2 静力弹塑性分析(PUSH-OVER 法)采用的计算模型

5.5.3 水平推力与层位移( )关系曲线

5.5.4 屈服荷载、极限荷载及强屈比

5.5.5 刚度退化分析

5.5.6 延性及弹塑性变形分析

5.5.7 最终出铰机制

5.6 对框支短肢剪力墙进行静力弹塑性整体分析

5.6.1 计算模型的建立

5.6.2 基底剪力与顶层质心位移关系曲线

5.6.3 屈服荷载、极限荷载及强屈比

5.6.4 结构楼层侧移及层剪力分配

5.6.5 结构刚度退化分析

5.6.6 延性及弹塑性变形分析

5.6.7 结构耗能能力分析

5.6.8 最终出铰机制

5.7 本章小结

6 结语

6.1 本文的主要结论

6.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献

附录