钢—聚氨酯组合剪力墙框架结构抗震机理研究

摘要

聚氨酯作为一种高性能材料，具有粘结性能好、延性高、自重轻和施工简单等优越的特点，在船舶、海洋及土木工程中得到了越来越多的应用和发展。本文基于该材料提出了一种新型钢板组合剪力墙结构，通过在两侧钢板和周边框架形成的空腔内灌注聚氨酯的方式，形成了一种新的组合结构—钢框架-钢板内嵌聚氨酯组合剪力墙。采用理论分析和有限元模拟相结合的方法第该新型组合剪力墙进行了多方面的研究，主要内容如下：
　　(1)新型组合剪力墙的试验部分目前没有相关研究，考虑到该组合剪力墙是建立在钢板剪力墙的基础上，本文通过ANSYS有限元软件模拟了两个有关钢板剪力墙的试验，并和试验结果进行对比，包括受力机理、滞回性能、承载性能和耗能能力等方面，得到了较为一致的结果，从而验证了有限元方法在模拟钢板剪力墙方面是可靠的，且对于模拟新型组合剪力墙的抗震性能是适用的。
　　(2)普通钢板剪力墙在受力过程中容易产生鼓曲现象，降低了结构的滞回性能和耗能能力。为了分析在普通钢板剪力墙中灌注聚氨酯所产生的影响，本文采用 ANSYS有限元软件对新型组合剪力墙和普通钢板剪力墙进行了比较，包括滞回性能、结构变形和耗能能力等方面，找出了新型组合剪力墙的优越之处，证明加入聚氨酯的钢板剪力墙是一种抗震性能更佳的结构。
　　(3)在试验验证合理的基础上，采用数值模拟的方法对该新型组合剪力墙进行了较为全面的研究，考虑到外钢框架的梁柱节点分为刚接和铰接两种情形，在每种情形下，对内嵌组合剪力墙板的高厚比和跨高比以及框架柱的抗侧刚度等三个参数进行设计和比较，分析得到每种情况下新型组合剪力墙在低周反复荷载下的规律，找出该结构最佳的受力状态，给出该结构的设计建议。
　　(4)对目前钢板剪力墙结构的简化模型进行总结，找出适合于该新型钢板剪力墙的简化设计方法，在不同参数模拟的基础上，分别对两个不同高厚比和跨高比的壳元模型进行简化处理和分析，考虑拉压杆的数目对简化结构的影响，得到各种情况下结构最佳的简化模型，为以后该类结构的简化设计提供指导的作用。
　　基于聚氨酯的新型组合剪力墙是本文的创新之处，为土木工程增加了一种新的结构，并为该结构的抗震性能提供了理论分析和数值模拟，对以后该类结构的研究有着较好的参考作用，也为该结构的设计提供了相应的建议。

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第1章 绪论

1. 1 研究背景

1. 2 剪力墙的研究现状

1. 3 本文的研究工作

第2章 普通钢板剪力墙和新型组合剪力墙的分析及比较

2. 1 有限元模型的建立

2. 2 试验一的验证

2. 3 试验二的验证

2. 4 新型组合剪力墙与普通钢板剪力墙的比较

第3章 参数化分析

3. 1 各参数的设计

3. 2 刚接分析

3. 3 铰接分析

3. 4 本章小结

第4章 新型组合剪力墙的简化模型

4. 1 简化模型的发展概况

4. 2 简化模型的设计方法

4. 3 简化模型的验证

4. 4 本章小结

第5章 结论与展望

5. 1 结论

5. 2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢