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高层建筑短肢剪力墙结构的力学模型与试验研究

李晓蕾  
【摘要】:短肢剪力墙是经过实践不断改进,逐步发展起来的一种适合高层住宅建筑的结构体系,其平面布置灵活、建筑功能良好、结构受力与工程造价都比较合理,但短肢剪力墙在地震区应用经验不多,缺乏深入的研究和实际强震的考验,高层建筑混凝土结构技术规程中对这种结构抗震设计规定较为严格,然而这些严格的规定是否合理仍有待考证。对短肢剪力墙结构进行系统的抗震性能试验研究和理论分析,可以完善设计理论以及规范的相关规定,建立合理的力学模型可以便于研究其受力性能。基于以上目的,本文主要完成了以下工作。 1.进行了模型比例为1:2的6片T形短肢剪力墙构件、2片普通剪力墙构件,6片L形短肢力墙构件的拟静力试验。通过对试验现象、受力、变形、刚度、延性、耗能、应力、应变等方面的详尽分析,研究了短肢剪力墙的承载能力、变形能力、耗能能力和破坏机理,明晰了短肢剪力墙的抗震性能、破坏模式和薄弱部位。 2.建立了短肢剪力墙非线性有限元分析精细模型,在验证分析模型的可靠性基础上,通过变换设计参数研究了混凝土强度、钢筋强度、配筋率、箍筋强度、体积配箍率、轴压比等因素对短肢剪力墙极限承载力及变形能力的影响,扩展了试验结论。 3.对试验获得的滞回曲线和恢复力特性进行数值拟合与与理论分析,建立了适合于钢筋混凝土短肢剪力墙的恢复力模型,为结构的弹塑性时程分析提供参考。借助于“拟静力法”提出了模型中折点的处理方法,推导出了统一形式的求解折点时刻的公式,能较准确的得到折点出现时刻、提高积分的精度、且便于编程。 4.借鉴偏心受压构件分析方法,加入考虑一定范围内受拉钢筋的作用,详细推导了短肢剪力墙正截面计算公式,通过与试验结果的对比验证了公式的正确性与合理性。考虑纵筋、翼缘的影响以及安全储备,在修正后的斜截面承载力公式基础上引入两个未知参数,通过大量试验数据的回归统计计算,最终给出了下限的斜截面承载力公式,为完善短肢剪力墙的规范编撰提供参考。 5.探讨了短肢剪力墙的力学模型,通过对试验数据的分析,指出更加完善的分析模型,该模型考虑了剪力滞后的影响,并给出了增加剪力滞后的单元刚度矩阵。将墙体简化为多垂直杆,通过试验实测数据的分析换算和推导计算、建立了控制最终破坏的边缘拉压杆的轴向恢复力模型,为类似研究提供了有效方法。 6.基于界限破坏时的内力平衡条件,详细推导了L形钢筋混凝土短肢剪力墙轴压比限值的理论计算公式,并类推了T形、一字形短肢剪力墙的相应公式,对现行规范中关于短肢剪力墙的轴压比限值提出了建议。基于大量文献资料的分析整理,列表给出了短肢剪力墙的抗震等级、最大使用高度。对结构设计要点、计算分析方法、结构布置特点、连梁的设计问题进行了比较系统的论述。


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