长肢一字形截面柱抗震性能试验研究及理论分析

摘要

在高层短肢剪力墙住宅结构中，可根据受力需要，在不同的部位分别采用异形柱、短肢剪力墙、普通剪力墙这些构件。构件的截面高厚比小于或等于4时一般呈柱的受力特点，构件的截面高厚比为5～8时一般呈短肢剪力墙的受力特点，构件的截面高厚比大于8时一般呈普通剪力墙的受力特点。本文称墙肢截面高厚比介于4～5之间时的构件为长肢柱，显见它是介于异形柱和短肢剪力墙之间的一种构件，目前有关其抗震性能研究的相关文献尚少。本文对短肢剪力墙结构中破坏比较严重的长肢一字形截面柱进行了试验研究及理论分析，具体内容如下： 1.对1/2缩尺的4个长肢一字形截面柱模型进行了低周反复荷载下的抗震性能试验研究，其构件的配筋分为按柱配筋和按墙配筋两种型式，各柱的轴压比均为0.2。通过试验研究，重点分析了不同墙肢截面高厚比、不同配筋型式的长肢一字形截面柱的承载力、刚度及其衰减过程、延性、滞回特性、耗能能力和破坏特征。 2.建立了长肢一字形截面柱的承载力及刚度计算模型，对其极限承载力和刚度进行了计算，计算结果与试验结果吻合较好。并进一步对不同轴压比、不同墙肢截面高厚比、不同配筋型式的长肢一字形截面柱的极限承载力进行了计算分析，研究了承载力随设计参数变化的规律。 3.用ANSYS有限元分析程序对长肢一字形截面柱进行了弹塑性分析，计算结果与实测结果吻合较好。 4.建立了恢复力模型，用DRAIN2D+程序，对按柱配筋和按墙配筋的长肢一字形截面柱结构进行了弹塑性时程地震反应分析，分析了其受力特点。 5.提出了长肢一字形截面柱抗震设计的建议。 研究表明：对长肢柱，按柱配筋的构件极限承载力比按墙配筋的极限承载力有相应的提高；按柱配筋的构件整体耗能能力较强，有利于抗震；在配筋率相同的情况下，长肢一字形截面柱的承载力随着墙肢截面高厚比的增大而提高，但其弹塑性变形能力却相应下降；长肢一字形截面柱的承载力随着轴压比的增大而提高，但延性相应降低。长肢一字形截面柱在合理配筋的条件下可提高抗震性能。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1引言

1.2异形柱及短肢剪力墙概述

1.2.1短肢剪力墙

1.2.2异形柱

1.2.3异形柱、短肢剪力墙与普通剪力墙之间的关系

1.3相关结构体系研究现状

1.3.1国内研究概况

1.3.2国外研究概况

1.3.3国内外改善短肢剪力墙抗震性能方面研究

1.4研究现状分析

1.5本文研究内容

1.5.1模型试验

1.5.2试验分析

1.5.3论分析

1.5.4设计建议

第2章试验概况

2.1模型设计

2.1.1试件模板图

2.1.2试件配筋图

2.1.3材料力学性能

2.2试验加载方案及测点布置

2.2.1加载装置

2.2.2加载方式

2.2.3加载控制

2.2.4测试内容及测点布置

2.3本章小结

第3章试验结果及分析

3.1承载力实测结果及分析

3.2延性性能分析

3.3刚度及其衰减规律

3.4滞回曲线及分析

3.5耗能能力及分析

3.6钢筋应变及分析

3.6.1 Z1-400钢筋应变

3.6.2 Z2-450钢筋应变

3.6.3 Z3-500钢筋应变

3.6.4 SW-500钢筋应变

3.7破坏特征

3.7.1 Z1-400破坏特征

3.7.2 Z2-450破坏形态

3.7.3 Z3-500破坏形态

3.7.4 SW-500破坏形态

3.8本章小结

第4章力学模型及计算分析

4.1长肢一字形截面柱的恢复力模型

4.2弹性刚度计算模型及计算分析

4.3长肢一字形截面柱承载力计算模型

4.4承载力计算分析

4.5本章小结

第5章弹塑性有限元模型及参数选取

5.1钢筋混凝土构件有限元模型

5.2混凝土的本构关系

5.2.1单轴受力时混凝土的应力-应变关系

5.2.2多轴受力时混凝土的应力-应变关系

5.3钢筋的本构关系

5.4约束混凝土的本构关系

5.5有关数值计算方法

5.6本章小结

第6章弹塑性有限元计算分析

6.1模型建立与网格划分

6.1.1材料参数的确定

6.1.2网格剖分和边界条件

6.1.3加载位置及加载方式

6.2计算结果与分析

6.2.1单调加载荷载-位移计算结果及分析

6.2.2裂缝发展过程及墙板变形分析

6.3本章小结

第7章弹塑性地震反应分析

7.1引言

7.2弹塑性时程分析

7.2.1时程分析法的基本理论

7.2.2分析程序、模型、基本参数

7.2.3计算结果

7.3本章小结

抗震设计建议

结论与展望

参考文献

致 谢