钢管混凝土加强作用下格构式混凝土墙抗震性能研究

摘要

进入21世纪以来，全球的能源危机与环境污染问题日益成为人类最大的威胁，给人类现代社会生活带来诸多负面影响。在这样的大背景下，大力发展绿色建筑、实现建筑节能是解决当前问题的有效途径之一，而EPSC格构式混凝土墙体因其具备绿色环保、隔音降噪、保温隔热、承重与装配化施工为一体等特点受到人们的青睐。近些年，国内对其进行了本土化的研究与应用，有了众多成功的工程案例，然而由于自身抗震性能的局限性，该墙体更多的是被应用在低层建筑住宅。随着中高层建筑将成为国内主流发展趋势，如何提升该节能墙体自身抗震性能，具备更高的安全储备能力，使其能更大程度广泛应用在中高层建筑，具有重要意义。
　　为此，本文在格构式混凝土墙体中加入钢管混凝土从而设计出钢管混凝土新型格构式组合墙体，通过运用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土加强的组合墙体进行拟静力模拟分析，研究其抗震性能。主要有以下几方面工作及成果:
　　(1)对与本文研究墙体相类似的钢管混凝土排柱剪力墙建立数值模型，通过模拟与试验在破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和变形能力等方面的对比分析，验证建模方法的合理性与准确性。
　　(2)通过对钢管混凝土格构式组合墙体与普通格构式混凝土墙体的对比，分析了新型组合墙体的受力特点。由于钢管与核心混凝土的相互约束作用，使得新型组合墙体在混凝土墙体破坏后以“分体柱”形式继续分担一定的外力，从而新型组合墙体在耗散能力、承载能力、变形能力均比普通剪力墙有明显提升。
　　(3)对不同参数的模型进行数值模拟研究，研究新型组合墙体在不同因素影响下受力性能的变化规律。数值分析结果发现:位移延性系数均高于抗震设计规范中μ≥3.0的要求;随着高宽比的增加，组合墙体承载力在逐步下降，而变形能力依次增强，刚度退化减缓;一定范围内，较大的轴压比会延缓墙体裂缝的出现与发展，进而提高墙体的抗剪承载力，然而过大的轴压比则会导致墙体延性性能降低;随着孔径的增大，钢管混凝土组合墙的承载力和刚度在增大，而位移延性在减小，而适当增加钢管的壁厚是有利于墙体抗震性能的提升。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．1．1 建筑节能与绿色建筑

1．1．2 EPS材料复合节能墙体

1．2 课题的提出

1．2．1 关于EPSC格构式混凝土墙

1．2．2 关于钢管混凝土

1．2．3 课题提出的意义

1．3 相关课题的研究现状

1．3．1 格构式混凝土墙研究现状

1．3．2 钢管-混凝土剪力墙研究现状

1．4 本文研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

2 基本理论和材料本构关系

2．1 有限元基本理论

2．1．1 有限单元法简介

2．1．2 非线性有限元法

2．2 ABAQUS简述

2．3 材料的本构关系

2．3．1 钢材的本构关系

2．3．2 混凝土的本构关系

2．4 本章小结

3 有限元模型的验证

3．1 引言

3．2 钢管混凝土排柱剪力墙验证模型

3．2．1 验证模型相关参数的取值汇总

3．2．2 模型的基本建立和材料属性

3．2．3 单元类型与网格划分

3．2．4 接触及相互作用

3．2．5 边界条件与加载制度

3．3 验证模型分析结果与试验结果的对比

3．3．1 应力应变

3．3．2 滞回曲线

3．3．3 骨架曲线和荷载一位移曲线

3．3．4 延性分析

3．4 本章小结

4 钢管混凝土加强作用下格构式墙体抗震性能有限元分析

4．1 引言

4．2 有限元模型的简介

4．2．1 有限元模型的设计

4．2．2 有限元模型的建立

4．3 钢管混凝土格构式组合墙与普通格构式混凝土墙对比分析

4．3．1 滞回曲线和骨架曲线对比分析

4．3．2 承载力和延性对比分析

4．3．3 刚度退化对比分析

4．3．4 耗能对比分析

4．3．5 应力应变对比分析

4．4 钢管混凝土格构式组合墙体参数分析

4．4．1 高宽比

4．4．2 轴压比

4．4．3 钢管孔径

4．4．4 钢管壁厚

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

作者简历

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