筒体结构中钢筋混凝土小跨高比连梁受力分析

摘要

筒体结构是目前高层建筑中应用最为广泛的结构形式之一，分为框架-核心筒、框筒、筒中筒、束筒四种结构。其中框架-核心筒结构兼具有框架与剪力墙结构的优点，是一种性能优良的抗震结构形式。为满足建筑功能要求，核心筒通常需要开洞，将整片剪力墙分割为通过洞口连梁连接的联肢剪力墙。 连梁是筒体抵抗地震作用的第一道防线，其延性及耗能性能对筒体在地震作用下的破坏形式起着至关重要的作用。因此，连梁的抗震性能是保证筒体剪力墙抗震性能的必要前提，必须予以重视。 研究表明框架-核心筒结构中剪力墙常因建筑需要而形成小跨高比的连梁，其受力性能不同于普通梁，按照传统配筋方法很难满足规范配筋要求，因此寻找合适的配筋方案对小跨高比连梁的结构设计具有重要的意义。 本文首先使用结构分析软件Midas/Gen对一个框架-核心筒结构模型进行了整体分析，研究结构在不同连梁平均跨高比条件下的受力性能，包括层间位移、层最大位移、层剪力、刚重比、周期等结构响应。随后使用ABAQUS有限元分析软件对跨高比为1.0的剪力墙连梁进行非线性分析，研究连梁在采用普通配筋、交叉配筋、菱形配筋、综合配筋等配筋形式以及设置通缝、半通缝条件下的受力性能，得出了一定的结论，主要内容如下： （1）连梁跨高比在2.0~1.0的范围内，减小洞口连梁跨高比能够提高结构的侧向刚度，使结构具有更好的抵抗变形能力。 （2）新型综合配筋形式连梁综合了对角斜筋和菱形钢筋的优点，有着较高的抗剪承载力和较好的延性性能，是一种较优的配筋方案。 （3）设置半通缝的连梁表现出了自控式连梁的特点，即在小震下结构未破坏，具有较高的抗剪承载力，大震下半通缝处薄弱层混凝土破坏而形成的多连梁又具有较好的延性。 （4）相比于半通缝双连梁，半通缝三连梁虽然因开缝条数增加而刚度有所削弱，但在小位移变形下的抗剪承载力并未显著下降，在大位移变形下又有着更好的延性性能，是一种优良的自控式连梁。

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2 连梁研究的现状

1.2.1 普通配筋方案

1.2.2 交叉暗柱配筋方案

1.2.3 对角斜筋配筋方案

1.2.4 菱形筋配筋方案

1.2.5 新型综合配筋方案

1.2.6 分段封闭箍筋配筋方案

1.2.7 设通缝的钢筋混凝土连梁

1.2.8 钢-混凝土组合连梁

1.2.9 其它形式连梁

1.3 国内现有规范关于连梁设计的规定

1.3.1 普通配筋形式连梁相关规定

1.3.2 新型综合配筋形式连梁相关规定

1.3.3 交叉暗柱配筋形式连梁相关规定

1.4连梁设计中存在的问题

1.5 本文主要研究内容

第二章 小跨高比连梁分析模型建立及有限元理论

2.1 概述

2.2 有限元模型的建立

2.2.1ABAQUS分析步骤

2.2.2 单元类型和网格尺寸

2.2.3 模型的类型

2.3 本构关系

2.3.1 混凝土本构关系

2.3.2 钢筋本构关系

第三章 不同跨高比连梁的结构整体分析

3.1 所选用结构的设计信息

3.1.1 结构设计参数

3.1.2 荷载取值

3.2 弹性反应谱分析结果

3.2.1 结构周期分析

3.2.2结构刚重比分析

3.2.3 结构位移分析

3.2.4 地震作用下结构剪力分析

3.3 本章小结

第四章 小跨高比连梁几种不同配筋方案的分析研究

4.1模型信息

4.1.1几何尺寸、加载方式及受力简图

4.1.2 基本模型简介

4.1.3 材料属性

4.1.4连梁配筋信息

4.2结果分析

4.2.1连梁荷载-位移曲线与延性对比

4.2.2混凝土的Mises等效应力分析

4.2.3钢筋应力分析

4.2.4连梁破坏形态分析

4.3 本章小结

第五章 小跨高比连梁受力性能影响因素分析

5.1新型综合配筋方案连梁各类钢筋配筋率对受力性能影响分析

5.1.1 纵筋配筋率对新型综合配筋形式连梁受力性能的影响

5.1.2 箍筋配筋率对新型综合配筋形式连梁受力性能的影响

5.1.3 对角斜筋配筋率对新型综合配筋形式连梁受力性能的影响

5.1.4 菱形钢筋配筋率对新型综合配筋形式连梁受力性能的影响

5.1.5 构造钢筋配筋率对新型综合配筋形式连梁受力性能的影响

5.2半通缝双连梁各类钢筋配筋率对受力性能影响分析

5.2.1纵筋配筋率对半通缝双连梁受力性能的影响

5.2.2开缝深度对半通缝双连梁受力性能的影响

5.3本章小结

第六章 半通缝三连梁受力性能分析

6.1模型信息

6.1.1半通缝三连梁模型简介

6.1.2材料属性

6.1.3钢筋信息

6.2结果分析

6.2.1承载力及延性对比

6.2.2模型CB7钢筋应力分析

6.2.3模型CB7破坏形态分析

6.3本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文