中高层密肋壁板结构密肋复合墙体受力性能及设计方法研究

摘要

密肋壁板结构具有轻质节能、保温隔声、绿色环保、施工简便、造价低廉等优点，是一种性能优越的新型抗震结构体系。目前，该结构体系在多层及中高层建筑中的理论与应用研究已取得较好的阶段性成果。然而，作为一种新型结构体系，由于复杂的受力特性使其在确定简化计算模型、承载力计算方法等方面仍还存在许多问题。本文以中高层密肋壁板结构的主要受力构件—密肋复合墙体为研究对象，在总结分析已有研究成果的基础上，利用试验手段及数值分析方法，着重对密肋复合墙体在竖向和水平荷载作用下的轴心受压及压、弯、剪复合受力性能、破坏模式、承载力水平、整体结构的工作性能、变形特征、正截面承载力计算等设计计算方法进行了较为深入细致的研究，主要研究内容及成果概括如下： 1.进行了5榀1/2比例单层单跨密肋复合墙体在竖向荷载作用下的抗压试验，研究分析了密肋复合墙体在竖向荷载作用下的受力性能、破坏过程、破坏机理、承载能力及变形性能等；探讨了墙体高厚比、荷载作用方式等因素对墙体轴心受压承载力的影响；分析了肋梁在墙体受压过程中的作用、砌块对墙体抗压的贡献以及轴力在边框柱、肋柱及砌块间的分配特点，为密肋复合墙体轴心受压承载力计算公式的建立提供了可靠的试验数据。 2.对密肋复合墙体在竖向荷载作用下的受力性能进行了线弹性及非线性有限元分析。针对不同分析内容及目的，提出了不同的有限元计算模型，并利用试验数据对计算模型的合理性和精确度进行了验证。在密肋复合墙体线弹性有限元分析中，得出了轴力分配系数的影响因素及不同参数下的轴力分配系数计算结果，为类似复合墙体工程设计提供了参考。在密肋复合墙体非线性有限元分析中，着重对墙体的承载力、稳定性能及其影响因素进行了细致的分析，提出了稳定系数的计算公式，为复合墙体轴心受压承载力计算公式的建立提供了理论依据。 3.进行了两榀1/2比例两层两跨密肋复合墙体在竖向、水平荷载及水平弯矩共同作用下的单调加载试验。结合试验数据，对试验结果着重从墙体的破坏过程、破坏形态、承载力、变形性能以及边框柱、连接柱、肋柱、暗梁钢筋应力、边框柱内力的变化等方面进行了深入细致的研究分析，为密肋复合墙体的压弯承载力计算公式的建立提供了依据。 4.对密肋复合墙体在竖向及水平荷载作用下压弯剪复合受力性能进行了有限元分析。 应用“刚架—平面子结构”计算模型，以中高层密肋复合墙体的剪跨比及边框柱截面尺寸作为变化参数，对墙体在竖向、水平荷载作用下边框与复合墙板的协同工作性能、内力在边框柱与墙板之间的分配规律及影响因素、墙体的变形特征等受力性能进行了线弹性有限元分析，得出了一些定量分析结果，为复合墙体在小震下截面设计的计算方法建立提供了依据。 应用“实体单元—组合式配筋”计算模型，以中高层密肋复合墙体的剪跨比、边框柱截面尺寸及配筋率、竖向荷载等作为参数，对墙体在竖向、水平荷载及整体弯矩作用下受力性能进行了非线性有限元分析。通过对不同墙体模型的极限承载力、变形性能、墙体截面正应力等计算结果的分析，总结了中高层密肋复合墙体的破坏模式、抗剪及抗弯承载力的影响因素，提出了压弯极限状态下墙体的应力及应变特征，为复合墙体正截面压弯承载力计算公式的建立提供了依据。 5.以试验研究及有限元分析结果为依据，按照突出实用、简化设计的原则，提出了密肋复合墙体在偏心及轴心受压承载力极限状态下的简化计算模型及应力计算图形，并提出了偏心及轴心受压承载力实用计算公式。 6.结合已有的相关研究成果，对中高层密肋壁板结构的概念设计、墙体截面设计及抗震构造等要求进行了研究与探讨，为中高层密肋壁板结构设计理论与实际工程应用提供了科学依据。 本文的创新之处在于： 1.首次进行了大比例密肋复合墙体模型轴心受压破坏试验及数值分析理论研究 首次进行了大比例Ⅰ形密肋复合墙体模型轴心受压破坏试验，提出了有效的、不同类型的有限元计算模型，通过试验及数值分析，较为系统、细致地研究了竖向荷载作用下密肋复合墙体的受力性能，得到了各种因素影响墙体承载力的规律性认识，首次对密肋复合墙体轴力分配规律、大震作用下复合墙体的稳定性进行了细致分析，提出了反映密肋复合墙体构造特点、符合墙体受力特性的稳定系数计算公式，为建立密肋复合墙体轴心受压承载力计算公式提供了重要的依据。 2.首次进行了大比例中高层密肋复合墙体模型压、弯、剪受力性能试验研究 首次进行了大比例中高层密肋复合墙体模型压、弯、剪受力性能的水平单调加载试验，其中墙体整体弯矩作用的施加方式、加载设备构造措施及加载制度的确定为本文首次提出并采用。通过试验，系统地研究了中高层密肋复合墙体在竖向及水平荷载作用下的破坏模式、承载力、抗倒塌能力及截面应力应变特征等受力性能，对整个墙体、构件及连接节点在竖向及水平荷载作用下的工作性能、变形特征等性态有了充分的认识，为建立密肋复合墙体压弯承载力计算公式提供了重要的依据。 3.密肋复合墙体压、弯、剪复合受力性能数值分析模型的建立 建立了线弹性及非线性两种中高层密肋复合墙体在竖向及水平荷载作用下有限元分析模型，通过有限元分析，较为真实地模拟了中高层密肋复合墙体在压、弯、剪复合受力状态下边框柱与复合墙板的协同工作性能、变形特征、破坏形态及截面应力应变特征等，为正确认识密肋复合墙体压、弯、剪复合受力机理提供了更多及更为详实的数据信息。 4.密肋复合墙体正截面承载力实用计算公式的提出 根据试验结果和数值分析，建立了密肋复合墙体轴心及偏心受压承载力实用计算公式，并与试验结果及有限元模型计算结果进行了对比分析，使复合墙体正截面承载力计算方法及设计理论进一步得到了完善和补充。 5.实用设计方法的建立和完善 结合已有的相关研究成果，建立和完善了中高层密肋壁板结构房屋的概念设计原则、墙体截面设计方法，对复合墙体的截面、配筋及连接构造等提出了明确的抗震构造要求，该部分内容已被纳入陕西省工程建设标准《密肋壁板结构技术规程》(DBJ/T61-43-2006)之中，为中高层密肋壁板结构设计理论与实际工程应用提供了科学依据。

目录

文摘

英文文摘

声明及关于论文使用授权的说明

1绪论

2密肋复合墙体在竖向荷载作用下受力性能试验研究

3密肋复合墙体在竖向荷载作用下受力性能有限元分析

4密肋复合墙体压、弯、剪复合受力性能试验研究

5密肋复合墙体压、弯、剪复合受力性能有限元分析

6密肋复合墙体正截面极限承载力研究

7中高层密肋壁板结构设计方法研究

8结论与展望

致谢

攻读博士学位期间发表论文

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