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《西安建筑科技大学》 2009年
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型钢高性能混凝土剪力墙抗震性能及性能设计理论研究

白亮  
【摘要】: 型钢高性能混凝土(SHPC)剪力墙通过型钢与高性能混凝土的相互组合,使高性能混凝土的脆性得到较好的改善,型钢的作用得到充分发挥,构件的延性得以显著提高。目前国内外对这种构件的抗震性能研究较少,本文拟通过试验与理论分析,研究SHPC剪力墙的抗震性能及性能设计理论与方法,将基于性能的抗震设计理论应用于SHPC剪力墙的抗震设计。主要研究内容如下: (1)对6个SHPC剪力墙试件进行了低周反复水平加载试验,研究了这种构件在压、弯、剪共同作用下的破坏过程和破坏机理;分析了SHPC剪力墙的剪跨比、轴压比、水平分布钢筋数量等因素对其破坏形态、滞回特性、延性及耗能能力的影响。 (2)根据对滞回曲线和骨架曲线的分析研究,提出了考虑刚度退化的SHPC剪力墙恢复力模型。用试验拟合方法,建立了SHPC剪力墙四(三)折线骨架曲线,给出了骨架曲线各个关键点的计算公式;对SHPC剪力墙的刚度退化规律以及基于试验现象的滞回规则进行了分析。研究结果表明,骨架曲线下降段的刚度主要与墙肢端部型钢的屈服应变、轴压比及约束区箍筋配箍特征值等因素有关。 (3)运用CANNY程序提供的纤维墙元模型对SHPC剪力墙进行了数值分析,数值分析结果基本反映了试件的滞回特征,说明用CANNY程序对SHPC剪力墙进行非线性分析是可行的。同时在试验研究的基础上,借助CANNY程序对影响SHPC剪力墙抗震性能的有关参数进行了补充分析。 (4)在SHPC剪力墙低周反复水平加载试验研究的基础上,建立了其开裂荷载计算公式、正截面受压承载力及斜截面受剪承载力计算公式,通过与试验数据的对比表明,本文建议公式的计算结果与试验结果较为符合。 (5)利用SHPC剪力墙截面变形条件和平衡条件,建立了截面的屈服曲率与极限曲率,并根据剪力墙曲率延性系数与位移延性系数的关系,确定了SHPC剪力墙相应的位移延性系数。通过计算分析,得到了SHPC剪力墙轴压比、箍筋配箍特征值、墙体高宽比与位移延性系数之间的关系。研究结果表明,轴压比是影响SHPC剪力墙延性的主要因素,适当增加SHPC剪力墙约束区箍筋配箍特征值并控制其轴压比,可以提高SHPC剪力墙的位移延性。最后,给出了不同轴压比及箍筋配箍特征值情况下,SHPC剪力墙位移延性系数的取值,可供对SHPC剪力墙进行截面变形能力评估时参考。 (6)在本文SHPC剪力墙试验研究的基础上,参考已有SRC剪力墙试验研究资料,将SHPC剪力墙结构的性能划分为使用良好、暂时使用、生命安全和接近倒塌四个水平;定义了各性能水平对应的构件性能状态;量化了SHPC剪力墙结构四个性能水平极限状态对应的层间位移角限值。 (7)由SHPC剪力墙截面屈服曲率及极限曲率推算结构的目标位移,得到SHPC剪力墙的极限位移角,建立了SHPC剪力墙基于性能的变形能力设计方法,提出了SHPC剪力墙不同轴压比限值下,满足特定目标位移需求的约束钢筋数量的确定方法。
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