格栅式钢板混凝土组合剪力墙的低周反复荷载试验研究

摘要

随着超高层建筑结构的发展，剪力墙结构遇到高轴压比、高延性、薄墙厚的新挑战要求。借鉴钢管混凝土的优点，提出了格栅式钢板混凝土组合剪力墙的新概念，本文采用试验分析和有限元分析相结合的方法，开展格栅式钢板混凝土组合剪力墙抗震性能分析研究，结合工程实例，进行静力弹塑性Pushover分析和动力弹塑性时程分析，验证钢管混凝土框架-格栅式钢板混凝土组合剪力墙核心筒结构体系抗震性能的优越性。主要工作和研究成果如下:
　　本文制作了三个格栅式钢板混凝土组合剪力墙试验构件，并开展组合剪力墙的低周反复水平荷载试验，绘制出了试件的滞回曲线及骨架曲线，试验表明，格栅式钢板混凝土组合剪力墙具有承载能力高、延性大和耗能能力好等优点。管内混凝土处于三向受压状态，提高混凝土的抗压强度和延性;由于管内混凝土板的存在以及内部横隔板钢板拉结作用有效限制了钢盖板的平面外变形，使格栅式钢板混凝土组合剪力墙具有较好的抗屈曲能力。在1/25位移角下，循环加载60次，新型组合剪力墙塑性铰区域仍然没有明显的损坏，试验中没有任何异响，表明新型组合剪力墙在罕遇地震时也具有良好的工作性能。
　　采用ABAQUS软件建立了格栅式钢板混凝土组合剪力墙的有限元分析模型，从承载能力、变形能力、耗能能力和延性等各方面对组合剪力墙的抗震性能进行分析，与试验结果进行对比，吻合较好。建立了钢筋混凝土剪力墙的有限元对比分析模型，将二者抗震性能进行对比研究，验证了组合剪力墙抗震性能的优越性。开展了轴压比、墙体高宽比、格栅长宽比、混凝土强度、钢板厚度和钢板强度等参数对此新型格栅式钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能影响分析研究，建立了新型组合剪力墙的恢复力模型。
　　结合工程实例，建立钢管混凝土框架-格栅式钢板混凝土剪力墙核心筒结构体系的分析模型，开展罕遇地震荷载作用下的静力弹塑性Pushover分析研究和动力弹塑性时程分析研究，从层间位移角、结构底部剪力和剪力分配比等方面进行抗震性能分析对比，验证新型组合剪力墙结构抗震性能的优越性。在大震作用下，结构整体抗震性能可达到规范要求的第三水准“大震不倒”抗震设防的目标，且此时结构还具有较大的刚度、承载能力以及延性等，可以继续承受罕遇地震荷载作用，保证在大震不倒。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 组合剪力墙抗震性能国内外研究现状

1．2．1 型钢混凝土组合剪力墙抗震性能研究现状

1．2．2 单层钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究现状

1．2．3 双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究现状

1．3 新型组合剪力墙抗震性能的研究方法

1．4 本文研究内容

第二章 格栅式钢板混凝土组合剪力墙低周反复荷载试验

2．1 试验目的

2．2 试验概况

2．2．1 试件的设计与制作

2．2．2 材料力学性能

2．2．3 加载方案

2．2．4 加载装置

2．2．5 测量内容和测点布置

2．2．6 数据采集

2．3 试验步骤

2．4 试验过程及现象

2．5 试验结果分析

2．5．1 滞回曲线

2．5．2 骨架曲线

2．5．3 延性分析

2．5．4 刚度退化分析

2．5．5 强度退化特性

2．5．6 耗能能力

2．6 本章小结

第三章 格栅式钢板混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析

3．1 有限元模型的建立

3．1．1 材料模型

3．1．2 接触模拟

3．1．3 单元类型选取

3．1．4 网格划分

3．1．5 边界条件及加载方式

3．1．6 非线性方程组求解

3．2 有限元分析

3．2．1 破坏形态

3．2．2 变形情况

3．2．3 骨架曲线

3．2．4 滞回曲线

3．3 格栅式钢板混凝土组合剪力墙与钢筋混凝土剪力墙对比分析

3．3．1 格栅式钢板混凝土组合剪力墙(SW-1)模型

3．3．2 钢筋混凝土剪力墙(SW-2)模型

3．3．3 工作机理对比分析

3．4．3 滞回曲线对比分析

3．4．4 骨架曲线对比分析

3．5 抗震性能影响因素分析

3．5．1 轴压比

3．5．2 高宽比

3．5．3 混凝土强度

3．5．4 钢板厚度

3．5．5 钢板强度

3．5．6 格栅空洞的长宽比

3．6 本章小结

第四章 格栅式钢板混凝土组合剪力墙简化恢复力模型

4．1 概述

4．2 格栅式钢板混凝土组合剪力墙的恢复力模型研究

4．3 抗震设计建议

4．4 本章小结

第五章 格栅式钢板混凝土组合剪力墙的应用研究

5．1 新型组合剪力墙的抗震性能Pushover分析研究

5．1．1 Pushover分析的基本思路

5．1．2 Pushover分析的主要方法

5．1．3 工程背景

5．1．4 两种方案Pushover对比分析

5．2 钢管混凝土框架—新型组合剪力墙结构体系时程分析

5．2．1 构件模型

5．2．2 结构模型与设计参数

5．2．3 地震波的选用

5．2．4 结构自振周期对比

5．2．5 结构时程分析结果的对比研究

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢