型钢混凝土短肢剪力墙承载力简化计算及非线性有限元分析

摘要

钢筋混凝土短肢剪力墙结构适应我国国情，已在国内建筑行业获得了推广应用，且具有较好的发展前景，但是其抗震性能较普通剪力墙差的缺点，限制了它的使用范围。型钢混凝土短肢剪力墙是剪力墙结构体系中的新型结构形式，它不仅具有普通短肢剪力墙的优点，同时也良好体现了型钢混凝土剪力墙的优点。因此，对这种新型剪力墙的抗震性能进行深入研究很有必要。本课题组前期对预应力型钢混凝土短肢剪力墙、内置型钢斜撑的型钢混凝土短肢剪力墙和带端柱的型钢混凝土短肢剪力墙进行了低周反复荷载试验，取得了一些有意义的研究成果。本文在分析课题组前期完成的试验结果的基础上，建立了中高剪力墙的软化拉压杆模型，并推导出相应的承载力简化计算公式。通过试验拟合法确定了型钢混凝土短肢剪力墙的恢复力模型，为今后进行型钢混凝土短肢剪力墙的非线性动力分析奠定理论基础。最后利用DIANA有限元软件对部分型钢混凝土短肢剪力墙进行非线性有限元分析，重点研究型钢斜撑和型钢水平腹杆对剪力墙抗震性能的影响。主要结论如下:
　　 1.通过对传力机构参数的改进，软化拉压杆模型可正确的反映了中高剪力墙的传力机理，据此建立的中高剪力墙的软化拉压杆模型及其简化计算公式能较精确反映型钢短肢墙的承载力，其计算结果与试验结果的偏差较小。
　　 对于中高剪力墙，分层设置的型钢水平腹杆和水平钢筋不会全部屈服而完全发挥出水平拉杆的作用，建议可以取一半的水平腹杆截面积计为拉压杆模型水平机构的水平拉杆面积;对于带端柱的中高剪力墙，确定斜向机构的斜压杆的面积Astr时，建议斜压杆深度bs的取值为:在腹板内取剪力墙厚度tw，端柱处取端柱厚度。
　　 2.通过试验拟合法，可建立中高型钢短肢剪力墙的骨架曲线、标准滞回环、刚度退化规律等理论恢复力模型。中高型钢短肢剪力墙的骨架曲线可采用四折线表示，综合考虑轴压比、预应力和型钢斜撑的影响，以开裂点、屈服点、最大荷载点和极限位移点作为特征点。标准滞回环可用考虑刚度退化的三折线表示。该恢复力模型适用于型钢短肢剪力墙的非线性动力分析中。
　　 3.经合理建模，基于DIANA软件的非线性有限元分析模型能较好反映试件在低周反复加载作用下的实际受力，承载力、耗能能力等计算结果与实验结果偏差小。
　　 4.以获得实验结果验证的、正确的钢短肢剪力墙模型为基础，通过改变型钢斜撑和型钢水平腹杆的截面尺寸为参变量，进行参数分析，得出如下结论:
　　 (1)在中高型钢短肢剪力墙内配有型钢斜撑和型钢水平腹杆，且水平腹杆的间距较大的情况下，去掉水平腹杆或者增加腹杆的截面面积，对中高剪力墙的滞回性能和承载力影响很小。
　　 (2)在中高型钢短肢剪力墙内配有型钢斜撑和型钢水平腹杆的情况下，去掉斜撑对试件的滞回性能和承载力影响相对较大，斜撑的存在使剪力墙的滞回曲线饱满，能提高剪力墙的耗能能力和承载力。若在配有型钢斜撑和型钢水平腹杆的情况下，单独增加型钢斜撑的截面面积，则对剪力墙的滞回性能和承载力影响不大。可见设置斜撑与否，对中高型钢短肢剪力墙的滞回性能和承载力影响较大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钢筋混凝土短肢剪力墙概述

1．1．1 钢筋混凝土短肢剪力墙结构的特点

1．1．2 钢筋混凝土短肢剪力墙的研究现状

1．2 型钢混凝土剪力墙概述

1．2．1 型钢混凝土剪力墙结构的特点

1．2．2 型钢混凝土剪力墙的研究现状

1．3 型钢混凝土短肢剪力墙概述

1．3．1 型钢混凝土短肢剪力墙结构的特点

1．3．2 型钢混凝土短肢剪力墙的研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第二章 型钢混凝土短肢剪力墙基于软化拉压杆模型的承载力计算

2．1 引言

2．2 型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能试验简介

2．2．1 试验目的、试件尺寸及配筋

2．2．2 材料力学性能

2．2．3 破坏形态对比分析

2．2．4 承载力对比分析

2．3 已有软化拉压杆模型简介

2．4 中高剪力墙软化拉压杆模型的建立

2．4．1 型钢混凝土短肢剪力墙传力机制

2．4．2 基于软化拉压杆模型进行承载力计算

2．5 中高剪力墙软化拉压杆模型方法的简化计算公式

2．5．1 软化效应的近似处理

2．5．2 简化计算公式

2．6 试验结果与理论计算结果的比较

2．7 本章小结

第三章 型钢混凝土短肢剪力墙恢复力曲线模型化

3．1 引言

3．2 恢复力模型的建立

3．2．1 几种基本的恢复力模型

3．2．2 恢复力模型的简化

3．2．3 恢复力模型的建立方法

3．3 型钢混凝土短肢剪力墙恢复力曲线的试验拟合

3．3．1 骨架曲线

3．3．2 标准滞回环

3．3．3 刚度退化规律

3．3．4 恢复力曲线模型

3．4 本章小结

第四章 型钢混凝土短肢剪力墙非线性有限元分析

4．1 引言

4．2 有限元软件模型的建立

4．2．1 几何单元的选取

4．2．2 混凝土本构模型

4．2．3 钢材本构模型

4．2．4 加载制度

4．3 有限元软件运算与求解

4．4 有限元计算结果与试验结果对比

4．4．1 滞回性能对比分析

4．4．2 承载能力对比分析

4．5 参数分析

4．5．1 仿真分析的试件承载力结果

4．5．2 有、无型钢斜撑或水平腹杆的抗震性能对比分析

4．5．3 单独增加型钢斜撑或水平腹杆截面面积时抗震性能的对比分析

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况