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剪力墙结构构件变形指标的研究及计算平台开发

陈学伟  
【摘要】:剪力墙结构是高层建筑主要结构体系之一,其侧向刚度大,抗震性能好。在罕遇地震作用下,通过合理构造的连梁,梁端形成塑性铰,表现出较好耗散能力。因此在结构抗震概念设计中提出“强墙肢、弱连梁”的思想。随着抗震理论研究的发展,基于性能的抗震设计方法成为抗震领域的研究热点。本文将基于性能的抗震设计思想应用于剪力墙结构。基于剪力墙及连梁构件试验和有限元分析,得到剪力墙和连梁构件在不同地震水准作用下的变形性能指标。最后将该变形性能指标应用于剪力墙结构的基于性能抗震设计方法中。 本文的研究工作主要包括以下内容: (1)基于面向对象技术,提出建立结构弹塑性分析平台的方法,并编制弹塑性分析程序MESAP。该平台适用于单元及材料的二次开发。基于该平台能够更好地进行构件变参数的弹塑性计算,为剪力墙构件,连梁构件的弹塑性分析提供了分析手段。 (2)基于MESAP平台建立考虑压弯耦合的剪力墙宏观单元(MVLEM单元),通过受弯控制的剪力墙构件试验的校正表明,该单元适用于受弯控制剪力墙的弹塑性分析; (3)基于MESAP平台建立考虑压弯剪耦合的平面单元(MCFT单元),通过受剪控制的剪力墙构件试验校正表明,该单元适用于受剪控制剪力墙的弹塑性分析; (4)根据中国规范设计一批受弯控制的剪力墙构件,综合考虑不同配筋、不同轴压比、不同尺寸的影响。采用MESAP的MVLEM模型对构件进行弹塑性分析,分析得到剪力墙的力-位移骨架曲线,通过骨架曲线形状计算剪力墙构件的屈服变形与极限变形,从而推导出受弯控制的剪力墙构件在小震、中震与大震作用下的变形性能指标。 (5)根据中国规范设计一批受剪控制的剪力墙构件,综合考虑不同配筋率、不同配箍率、不同轴压比、不同尺寸、不同高宽比的影响。采用MESAP的MCFT单元模型批量进行弹塑性分析,得到剪力墙的力-位移骨架曲线,通过骨架曲线计算剪力墙构件的极限变形,从而推导出受剪控制的剪力墙构件在小震、中震与大震作用下的变形性能指标。 (6)根据中国规范设计一批受剪控制的连梁构件,综合考虑不同的截面尺寸、跨高比、配筋及配箍情况的影响。采用MESAP的MCFT单元模型对其进行弹塑性分析,分析得到受剪控制连梁的极限变形,从而推导出受剪控制的连梁构件的大震、中震、小震的变形性能指标。根据中国规范设计一批受弯控制的连梁构件,采用MESAP的基于柔度法的纤维模型对其进行弹塑性分析,确定构件屈服变形与极限变形,从而推导出受 弯控制的连梁构件大震、中震、小震作用下的变形性能指标。(7)通过对弹塑性分析软件Perform-3D进行二次开发,建立基于性能的抗震设计方法的分析手段,并且嵌入了上述章节论证的剪力墙及连梁构件的变形性能指标。 (8)以一个剪力墙结构算例为基础,详细论述基于性能抗震分析方法的实现过程及变形性能指标的应用。最后通过实际工程算例论证基于性能抗震设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用情况,反映基于性能抗震设计方法及剪力墙性能指标研究的工程意义。


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