边框钢纤维高强混凝土剪力墙抗震性能试验研究

摘要

在高层建筑体系中，作为重要抗侧力构件的剪力墙，需要承受地震作用或风产生的大部分水平荷载。对于剪力墙构件，其承载力随着混凝土强度的提高也在不断提高。高强混凝土作为一种具有抗变形能力强、孔隙率低、抗压强度高、密度大等特点的新型建筑材料，被广泛应用于高层建筑结构抗震中。然而随着混凝土强度的增加，脆性破坏就成了要面临的问题之一。钢纤维混凝土是一种将分布乱向的短钢纤维添加在普通混凝土中而形成一种复合材料，由于乱向分布的钢纤维可以有效阻碍混凝土内部裂缝的形成及微裂缝的发展，因此能够显著地提高混凝土抗弯、抗拉、抗疲劳、抗冲击性能，具有较好的延性。
　　在高层钢筋混凝土剪力墙中，针对承载力低、延性差等问题，一般采用提高配筋率的方法弥补这些缺点。但是，高配筋率不但很难有效的提升剪力墙抗裂性能、延性性能以及耗能能力，反而会影响到混凝土的浇筑条件和振捣，致使马蜂窝出现，降低混凝土的强度等级。由于在高层结构中，剪力墙边缘约束构件的受力比较复杂、施工较为困难，本文提出了在高强混凝土的基础上，在边缘约束构件中使用钢纤维来提高其抗震性能的方法，将这种形式的剪力墙称为边框钢纤维高强混凝土剪力墙。
　　针对上述问题，本文共进行了4个剪力墙试件的抗震性能试验研究。4个试件包括:1个高强混凝土剪力墙试件，1个只在边缘约束中采用钢纤维混凝土的高强混凝土剪力墙试件，1个全部采用钢纤维的高强混凝土剪力墙试件，1个在边缘约束中增加箍筋配筋率的高强混凝土剪力墙试件。试验结果表明:在边缘约束中增加箍筋率可以提高试件的耗能能力及延性，但是对试件的承载力影响不大;在边缘约束中添加钢纤维可以提高试件的承载力、耗能能力及延性;边缘添加钢纤维与整个试件中添加钢纤维在承载力方面相差不大。
　　本文在试验的基础上，通过ABAQUS有限元软件对试验模型进行验证，结果表明其模拟值与试验值整体吻合。此外，在试验原有的模型上增加了混凝土强度、边缘约束箍筋率、边缘约束中钢纤维混凝土的面积、钢纤维体积率四组参数。综合试验结果表明:在高强混凝土的基础上，通过合理配置边缘约束中钢筋的箍筋率，并在边缘约束中选择适当的面积添加钢纤维可以使构件在抗震性能及成本达到最优化，同时，也可以减少由于边缘约束过多而造成的施工困难。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 剪力墙的研究背景

1．3 高强混凝土的研究背景

1．4 钢纤维混凝土的研究背景

1．4．1 钢纤维混凝土的发展

1．4．2 钢纤维混凝土的基本性能

1．4．3 钢纤维混凝土的研究现状

1．5 本文研究的相关内容

1．5．1 本课题的意义

1．5．2 本课题的主要内容

2 试验概况

2．1 试验目的

2．2 试件设计

2．2．1 试件尺寸及形状

2．2．2 试件配筋方式

2．2．3 试件材料及参数

2．3 试验制作

2．4 试验装置和加载方案

2．4．1 试验装置

2．4．2 加载方案

2．5 试验内容和测量方式及设备

2．5．1 试验内容和测量方式

2．5．2 试验设备

2．6 材料的力学性能

2．6．1 混凝土的材性数据

2．6．2 钢筋的材性数据

2．7 本章小结

3 试验现象

3．1 试件受力过程与试验现象

3．1．1 试件BSW-1过程

3．1．2 试件BSW-2过程

3．1．3 试件BSW-3过程

3．1．4 试件BSW-4过程

3．2 试验现象小结

3．3 钢筋应变片分析

3．4 本章小结

4 试验结果分析

4．1 滞回曲线

4．2 骨架曲线

4．3 承载力及实测值分析

4．4 延性性能分析

4．5 耗能性能分析

4．6 刚度分析

4．7 本章小结

5 试验模型的ABAQUS有限元分析

5．1 材料本构关系

5．1．1 混凝土本构模型

5．1．2 钢材本构模型

5．1．3 其他材料参数

5．2．1 单元类型的选取及网格划分

5．2．2 试件的边界条件以及荷载定义

5．2．3 试件的装配以及接触定义

5．3 数值模拟结果分析

5．3．1 试件破坏形态分析

5．3．2 滞回曲线对比分析

5．4 参数分析

5．4．1 混凝土强度等级对剪力墙构件的影响

5．4．2 边缘箍筋率对剪力墙构件的影响

5．4．3 边缘添加钢纤维混凝土的面积对剪力墙构件的影响

5．4．4 钢纤维的体积率对剪力墙构件的影响

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢