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短肢剪力墙结构体系非线性有限元分析和内力分布规律的研究

肖良丽  
【摘要】:短肢剪力墙是介于异形框架柱和一般剪力墙之间的一种建筑结构体系,这种结构形式能使建筑取得良好的功能效果。已有的实践证明,在高层住宅中推广短肢剪力墙结构体系,具有重大的经济和社会效益。因此,短肢剪力墙结构已成为10-25层小高层住宅的主要结构形式之一。 短肢剪力墙结构体系尽管已大量应用于工程实践,但理论研究方面尚处在探索、完善阶段。本文在试验研究的前提下对单调荷载和反复荷载下短肢剪力墙结构体系进行了非线性分析,从理论上揭示其内力分布规律。 首先,本文采用非线性有限元分析模型,将整个结构划分为若干个混凝土单元、钢筋单元和粘结单元,从而反映出钢筋和混凝土之间的相互作用,建立了单调荷载和反复荷载下的混凝土、钢筋以及混凝土与钢筋之间粘结的本构关系和破坏准则。在单元划分上混凝土选用三角形单元、钢筋选用两结点杆单元、粘结单元选用双垂直弹簧和斜压杆粘结单元模型。根据所建立的非线性有限元模型编制了有关短肢剪力墙结构的平面非线性有限元程序(SLWNFEP)。 其次,在6个低周反复荷载下短肢剪力墙试体试验研究的基础上,利用本文编制的短肢剪力墙结构的平面非线性有限元程序进行了单调荷载和反复荷载下非线性数值计算,并将计算结果与试验结果对比。在单调荷载下混凝土本构关系模型建立的基础上,选择最佳的模型用于反复荷载下数值计算,将计算得到的的滞回曲线和延性比与试验结果对比,以此来检验程序的合理性。分析结果表明,两者结果吻合良好。 最后,利用已校验过的非线性有限元程序,针对影响低周反复荷载下短肢剪力墙结构体系受力性能的四个主要因素(肢厚比、轴压比、连梁跨高比和肢高宽比),设计了A、B、C三组数值计算模型,进一步分析各因素对短肢剪力墙结构受力性能影响。在非线性数值计算过程中,主要研究短肢剪力墙结构达到屈服荷载时墙肢和连梁内力分布规律,提出了由肢厚比、轴压比、开洞特征值和开洞尺寸系数为自变量的墙肢和连梁轴力、剪力和弯矩的计算公式,为实际工程截面设计提供了有意义的理论分析和试验依据。


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