型钢—钢板混凝土剪力墙压弯性能研究

摘要

剪力墙是目前高层建筑结构中常用的结构抗侧力体系。目前在高层建筑中常用剪力墙有钢筋混凝土剪力墙、单钢板组合剪力墙、双钢板组合剪力墙等，但是在实际工程应用中存在各种各样的问题和缺陷，不满足国家对于大力发展绿色装配式建筑产业的要求。为此本文在前人钢管混凝土组合柱、型钢混凝土剪力墙、钢板剪力墙的研究基础之上，提出了一种绿色装配式的型钢—钢板混凝土剪力墙结构体系。该体系可充分利用钢板和混凝土各自材料的优点，共同工作，有较好的延性和耗能能力，可满足抗震设防的要求。由于型钢—钢板混凝土剪力墙结构体系是一种新型结构抗侧力体系，目前没有相关研究，本文主要利用ABAQUS非线性有限元模拟和试验验证相结合的方法研究了型钢—钢板混凝土剪力墙在单调荷载下的压弯性能，具体研究如下：
　　（1）在总结前人对钢管混凝土柱、型钢混凝土剪力墙、钢板混凝土剪墙的研究基础之上，提出了一种满足现代产业化要求的型钢—钢板混凝土剪力墙结构体系。
　　（2）设计了2个大小尺寸完全一致的一字型型钢—钢板混凝土剪力墙，进行了不同轴压比下的压弯性能试验研究，分析了其在不同轴压比下的荷载—位移曲线、变形能力、耗能能力等抗震性能表现。试验研究结果表明：型钢—钢板混凝土剪力墙的破坏形式整体表现为弯曲破坏。在试验过程中，型钢—钢板混凝土剪力墙的破坏始于墙体受压端底部混凝土压碎，从而导致钢板鼓曲。与普通钢筋混凝土剪力墙相比，型钢—钢板混凝土剪力墙具有更高的承载能力，更好地延性和耗能能力。
　　（3）利用ABAQUS有限元软件建立不同参数下的型钢—钢板混凝土剪力墙模型，并进行单调位移推覆模拟分析。分析了剪跨比、轴压比、钢板厚度、钢材强度、混凝土强度等级等因素对其单调位移加载下的初始抗侧刚度、承载力、延性等性能的影响。
　　（4）对试验研究结果与ABAQUS有限元模拟分析结果进行了对比分析，对比分析表明：试验和ABAQUS有限元模拟破坏形态一致，荷载—位移曲线变化一致，极限承载能力误差在5%以内，验证了ABAQUS模拟分析结果的有效性。
　　（5）提出了型钢—钢板混凝土剪力墙的压弯承载能力计算公式，将计算结果与试验结果、有限元模拟结果对比分析。结果表明：本文提出的型钢—钢板混凝土剪力墙压弯承载能力计算公式能比较准确的计算墙体的承载能力，并具备较大的安全储备余量，可以用于实际工程中。

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ABSTRACT

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Contents

1绪论

1.1 研究背景

1.2 组合结构抗侧力构件的形式及研究状况

1.2.1 钢管混凝土柱的研究概况

1.2.2 型钢混凝土剪力墙的研究概况

1.2.3 钢板剪力墙

1.2.4 单钢板混凝土组合剪力墙

1.2.5 双钢板混凝土组合剪力墙

1.3 型钢—钢板混凝土组合剪力墙的提出

1.4 本文主要研究内容

2 型钢—钢板混凝土剪力墙刚度及承载力分析

2.1 型钢—钢板混凝土剪力墙初始弹性刚度计算

2.2 轴心受压承载力计算公式

2.3 纯弯承载力计算公式

2.4 压弯承载力计算公式

2.5 本章小结

3. 型钢—钢板混凝土剪力墙试验研究

3.1 引言

3.2 试件设计与制作

3.3 试件材料的基本力学性能参数测试

3.3.1 混凝土材性试验

3.3.2钢材材性试验

3.4 试验加载装置与量测内容

3.4.1 加载装置

3.4.2 加载制度

3.4.3 量测内容

3.4.4 测点布置和数据采集

3.5 试件破坏形态与分析

3.5.1 引言

3.5.2 试件的破坏过程和破坏形态

3.5.3 试件的破坏现象总结

3.6 试验结果分析

3.6.1 荷载—位移曲线

3.6.2 变形能力

3.6.3 刚度退化

3.6.4 耗能能力

3.7 本章小结

4. 型钢—钢板混凝土剪力墙非线性有限元分析

4.1 引言

4.2 ABAQUS的组成和基本分析过程

4.2.1材料参数的定义

4.2.2刚体

4.2.3模型的单元选取

4.2.4接触约束

4.2.5边界条件和加载方式

4.2.6网格划分

4.2.7荷载

4.3 结构的非线性介绍

4.3.1 几何非线性

4.3.2 材料非线性

4.3.3 接触问题

4.4 有限元模型的建立

4.5 有限元模拟结果分析

4.5.1 屈服荷载点

4.5.2 峰值荷载点

4.5.3 破坏荷载点

4.6 ABAQUS有限元分析和试验结果对比

4.6.1 破坏形态

4.6.2 变形情况

4.6.3 荷载—位移曲线对比分析

4.6.4 承载能力对比分析

4.6.5 误差分析

4.7 影响型钢—钢板混凝土剪力墙压弯性能参数分析

4.7.1 轴压比

4.7.2 混凝土强度

4.7.3 钢板厚度

4.7.4 钢材强度

4.7.5 剪跨比

4.8 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果