内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究及有限元分析

摘要

地震作用下，连梁可以首先屈服，通过塑性铰耗散地震能量，从而保护建筑物的主要承重部分-墙肢。相比于跨高比较大的简支梁或细长梁，小跨高比连梁名义剪应力较高，刚度大，以剪切变形为主，这些都是对变形性能不利的。为此，有学者提出采用内置钢板-混凝土组合连梁来改善连梁的抗震性能，但混凝土过早的开裂及破坏后损伤很严重的现象无法避免。基于此，本文在内置钢板-混凝土组合连梁的基础上，采用高延性混凝土作为基体材料，更进一步充分发挥钢板和高延性混凝土的优势，促进其协同工作，以提高连梁的变形能力和耗能能力，从而有效减轻建筑物的倒塌和地震对构件和结构的脆性破坏。本文以内置钢板-高延性混凝土组合连梁为研究对象，对该连梁进行试验研究及有限元分析，研究内容主要包括以下几点： （1）内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能分析。本文制作了2个内置钢板-高延性混凝土组合连梁和2个内置钢板-混凝土组合连梁，并对其进行了低周反复水平荷载作用下的抗震性能试验，得到了试件的破坏特征、滞回性能、变形能力、刚度与损伤能力、耗能能力等等。 （2）采用有限元软件Abaqus，在内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验的基础上，建立组合连梁有限元模型，模拟该结构的抗震性能，论证所建立的模型的合理性；通过改变钢板厚度和高度、跨高比、箍筋配箍率，分析这些参数对组合连梁抗震性能的影响。 （3）应用软化拉-压模型方法对小跨高比组合连梁进行受力分析，并结合条带模型，综合考虑高延性混凝土的受拉作用、软化效应等影响因素，建立了小跨高比组合连梁受剪承载力分析模型和计算方法，并由试验结果验证了其可靠性。

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绪论

1.1研究背景与意义

1.2高延性混凝土（HDC）材料性能及研究发展

1.2.1高延性混凝土（HDC）材料研究背景与意义

1.2.2高延性混凝土（HDC）研究现状

1.2.3 高延性混凝土（HDC）材料性能

1.3 内置钢板-混凝土组合连梁研究现状

1.4内置钢板-HDC组合连梁

1.5 本文主要研究内容

第2章 内置钢板-HDC组合连梁抗震性能试验研究

2.1试验概况

2.1.1 试验目的

2.1.2 试件设计

2.1.3 材料的力学性能

2.1.4 试验加载

2.1.5试验量测内容

2.2试验过程及破坏特征分析

2.2.1加载破坏过程

2.2.2 破坏特征分析

2.3试验结果分析

2.3.1滞回曲线

2.3.2骨架曲线

2.3.3 延性

2.3.4刚度与损伤分析

2.3.5耗能性能

2.3.6应变分布

2.4 本章小结

第3章 内置钢板-HDC组合连梁有限元模拟及参数分析

3.1引言

3.2 材料的本构模型及损伤演变方程

3.2.1钢筋和钢板的本构模型

3.2.2高延性混凝土（HDC）本构模型

3.2.3 Abaqus中混凝土的塑性损伤模型

3.3有限元模型的建立

3.3.1 创立部件

3.3.2创建材料特性

3.3.3建立部件相互作用

3.3.4单元选取及网格划分

3.3.5非线性方程求解

3.4模拟结果与试验结果对比分析

3.4.1滞回曲线与骨架曲线分析

3.4.2试件位移与荷载特征值分析

3.4.3试验-模拟裂缝发展对比

3.5影响内置钢板-HDC组合连梁抗震性能的参数分析

3.5.1钢板厚度

3.5.2钢板高度

3.5.3跨高比

3.5.4配箍率

3.6 设计建议与本章小结

第4章 内置钢板-HDC组合连梁受剪承载力分析

4.1引言

4.2组合连梁的软化拉-压杆模型

4.2.1宏观模型

4.2.2平衡条件

4.2.3本构关系

4.2.4 应变协调方程

4.2.5竖向拉杆拉力的计算

4.2.6拉压杆系数

4.2.7 受剪承载力计算

4.2.8计算过程

4.3试验结果验证

4.4组合连梁受剪承载力简化公式

4.4.1组合连梁受剪承载力的影响因素、因变量、自变量

4.4.2组合连梁回归分析受剪承载力简化公式

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1本文主要结论

5.2展望

参考文献