带暗支撑剪力墙体系抗震性能及设计理论研究

摘要

剪力墙是建筑结构中的一种主要抗侧力体系,改善剪力墙的抗震性能是国内外一直关注的问题.带暗支撑剪力墙可明显地改善剪力墙的抗震性能,该文对此做了较系统的抗震试验研究、理论分析和设计方法研究.主要内容及成果如下:1.较系统地进行了14个不同类型、不同暗支撑型式的低矮剪力墙、中高剪力墙、双肢短肢剪力墙的抗震性能试验研究.进行了2个结构模型(1个底层大空间带暗支撑剪力墙结构模型,1个底层大空间普通剪力墙结构模型)的振动台对比试验研究.获得了丰富的试验数据.2.在试验基础上,深入地分析了结构及构件的刚度及其衰减过程、承载力、延性、滞回特性、耗能能力、破坏机制等.揭示了剪力墙与暗支撑共同工作的机理.3.建立了带暗支撑剪力墙的刚度、承载力简化计算的力学模型与公式,计算结果与试验结果符合较好.4.提供了带暗支撑剪力墙弹塑性有限元分析的模型与方法,使其可用ANSYS程序对带暗支撑剪力墙进行整体式弹塑性有限元计算分析.在分析中,在剪力墙的边框、暗柱和暗支撑中的混凝土引入了约束混凝土的概念.该文的建模方法简单,较好地模拟了钢筋混凝土带暗支撑剪力墙的变形、荷载-位移关系和裂缝开展的过程,并能考虑暗支撑的不同倾角及核芯束作用,计算结果与实测结果符合较好.5.建立了带暗支撑剪力墙的恢复力模型及非线性地震反应分析力学模型,并使用该模型对底层大空间带暗支撑剪力墙结构进行了非线性地震反应时程分析,分析结果与振动台试验结果符合良好.6.建立了带暗支撑短肢双肢剪力墙结构的非线性地震反应分析力学模型,用其对墙肢截面高厚比不同的双肢短肢剪力墙结构进行了非线性时程地震反应分析,结果表明带暗支撑双肢短肢剪力墙结构的地震反应明显小于普通双肢短肢剪力墙结构的地震反应.7.提出了带暗支撑剪力墙的抗震设计方法和构造措施.8.结合典型工程进行了应用研究.

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2剪力墙抗震性能研究概况

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.3剪力墙计算方法研究现状

1.4钢筋混凝土结构非线性有限元分析现状及发展趋势

1.4.1钢筋混凝土结构非线性有限元分析的优点

1.4.2钢筋混凝土结构非线性有限元分析的现状

1.4.3钢筋混凝土结构有限元分析的发展趋势

1.5本文的主要研究工作

第2章带暗支撑低矮剪力墙抗震性能试验研究

2.1试验概况

2.2试验结果及分析

2.2.1承载力实测结果及分析

2.2.2刚度实测值及分析

2.2.3刚度衰减过程分析

2.2.4延性性能分析

2.2.5滞回特性分析

2.2.6耗能能力试验结果及分析

2.2.7钢筋应变及其对耗能影响

2.2.8破坏特征与耗能

2.3结论及设计建议

2.4本章小结

第3章带暗支撑中高剪力墙抗震性能试验研究

3.1试验概况

3.2试验结果及分析

3.2.1承载力实测结果及分析

3.2.2刚度实测值及分析

3.2.3刚度衰减过程分析

3.2.4延性性能分析

3.2.5滞回特性分析

3.2.6耗能能力试验结果及分析

3.2.7钢筋应变及其对耗能影响

3.2.8破坏特征与耗能

3.3结论及设计建议

3.4本章小结

第4章带暗支撑低矮、中高剪力墙力的学模型及计算分析

4.1带暗支撑剪力墙的恢复力模型

4.2带暗支撑低矮剪力墙的承载力计算

4.2.1普通带边框低矮剪力墙承载力计算

4.2.2带暗支撑开通缝低矮剪力墙承载力计算

4.2.3带暗支撑双功能低矮剪力墙承载力计算

4.2.4低矮剪力墙承载力计算结果与实测结果比较

4.3带暗支撑中高剪力墙的承载力计算

4.3.1普通带边框中高剪力墙承载力计算

4.3.2带暗支撑中高剪力墙承载力计算

4.3.3中高剪力墙承载力计算结果与实测结果比较

4.4初始弹性刚度计算公式

4.4.1整体剪力墙的刚度计算公式

4.4.2开竖缝中高剪力墙的刚度计算公式

4.4.3开竖缝低矮剪力墙的刚度计算公式

4.4.4功能剪力墙的刚度计算公式

4.4.5初始刚度计算结果与实测结果的比较

4.5刚度的衰减规律

4.6本章小结

第5章钢筋混凝土带暗支撑剪力墙弹塑性有限元分析理论

5.1钢筋混凝土剪力墙有限元模型

5.2混凝土的本构关系

5.2.1单调加载的应力-应变关系

5.2.2复杂受力时的应力-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本章小结

第6章带暗支撑低矮及中高剪力墙弹塑性有限元计算分析

6.1分析模型与单元划分

6.1.1分析模型

6.1.2单元划分和边界条件

6.2低矮剪力墙的计算结果与分析

6.2.1荷载-位移计算结果及分析

6.2.2破坏过程与变形的计算结果及分析

6.3中高剪力墙的计算结果与分析

6.3.1荷载-位移计算结果及分析

6.3.2破坏过程与变形的计算结果及分析

6.4本章小结

第7章底层大空间带暗支撑剪力墙结构模型振动台试验研究

7.1试验概况

7.1.1模型设计及制作

7.1.2测试内容

7.2振动台试验结果及分析

7.2.1试验过程

7.2.2试验结果与分析

7.3结论

7.4本章小结

第8章底层大空间带暗支撑剪力墙结构弹性时程地震反应计算分析

8.1网格划分

8.2.动力微分方程

8.3单元刚度矩阵及质量矩阵

8.3.1矩形单元

8.3.2杆系单元

8.4计算结果

8.5结语

8.6本章小结

第9章底层大空间带暗支撑剪力墙结构非线性地震反应计算分析

9.1剪力墙的非线性分析模型

9.2墙体单元模型的刚度矩阵

9.2.1带支撑斜杆的多垂直杆单元模型

9.2.2多垂直杆单元模型

9.3墙体转动中心高度的取值

9.4拉压杆的本构关系

9.5剪切弹簧的本构关系

9.6有限元分析模型

9.7分析结果

9.8结论

9.9本章小结

第10章带暗支撑双肢短肢剪力墙抗震性能试验研究

10.1工程背景

10.2模型设计

10.3试验结果及分析

10.3.1承载力实测结果及分析

10.3.2刚度实测值及分析

10.3.3刚度衰减过程分析

10.3.4延性性能分析

10.3.5滞回特性分析

10.3.6耗能能力的试验结果及分析

10.3.7破坏特征

10.3.8钢筋应变及其对耗能影响

10.4结论及设计建议

10.5本章小结

第11章带暗支撑双肢短肢剪力墙的力学模型及计算分析

11.1带暗支撑双肢短肢剪力墙的恢复力模型

11.2带暗支撑双肢短肢剪力墙的承载力计算

11.2.1大偏心受压墙肢承载力计算

11.2.2小偏心受压墙肢承载力计算

11.2.3极限水平承载力计算

11.2.4承载力计算结果与实测结果的比较

11.3初始弹性刚度计算

11.4刚度的衰减规律

11.5本章小结

第12章带暗支撑双肢短肢剪力墙弹塑性地震反应分析

12.1引言

12.2弹塑性时程分析

12.2.1时程分析法的基本理论

12.2.2分析程序、模型、基本参数

12.2.3计算结果

12.3本章小结

第13章带暗支撑剪力墙抗震设计方法

13.1带暗支撑剪力墙的恢复力模型

13.2抗侧移刚度的计算方法

13.2.1弹性刚度计算

13.2.2刚度的衰减规律

13.3抗震承载力计算

13.3.1带暗支撑低矮剪力墙承载力计算

13.3.2带暗支撑中高剪力墙承载力计算

13.3.3带暗支撑双肢短肢剪力墙承载力计算

13.4结构构造要求

13.5本章小结

第14章带暗支撑剪力墙的工程应用

14.1工程概况

14.2结构设计

14.3施工中需要注意的问题

14.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间的科研成果及获奖

致谢