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短肢剪力墙结构的抗震性能及设计理论研究

李晓莉  
【摘要】: 短肢剪力墙结构是一种建筑结构新体系,很多问题需要进行研究与完善。本文首先以异形柱、短肢剪力墙构件为研究对象,对其强度和延性性能、异形柱的轴压比限值等进行了研究,并对二者轴压比限值进行了比较分析。接下来对短肢剪力墙结构的受力机理、破坏模式、抗震性能、力学模型、基于性能的抗震设计以及破坏机制等进行了较为详细的研究。完成的主要工作有: (1)基于数值计算方法,编制了适用于计算任意形状截面钢筋混凝土压弯构件弯矩—曲率(M—φ)关系的FOTRAN程序,研究了翼缘、轴压比等对T形截面柱及T形截面短肢剪力墙强度和延性的影响;提出了异形柱轴压比限值建议值;对异形柱和短肢剪力墙的轴压比限值进行了比较分析。 (2)以一栋10层短肢剪力墙结构为研究对象,通过SATWE、TAT和SAP2000n三种结构分析软件,详细分析了不同计算模型的优缺点及对结构抗震计算结果的影响。 (3)在试验的基础上,研究了水平荷载作用下两榀短肢剪力墙结构的破坏过程、传力机理及破坏模式。利用增量法,对试验结构进行塑性极限分析,计算结构的塑性极限荷载,论证试验结果;通过塑性极限分析,得出试验结构破坏机构形式,初步分析该类结构梁铰破坏机制原因。 (4)对试验结构及10层短肢剪力墙结构进行静力弹塑性分析,探讨了短肢剪力墙结构的破坏机制、变形过程及延性性能;在静力弹塑性分析的基础上,利用能力谱方法评估了所研究结构的抗震能力;对静力弹塑性分析方法与塑性极限分析方法进行了比较。 (5)结合静力弹塑性分析结果以及塑性极限分析结果,讨论了短肢剪力墙结构梁铰破坏机制形成的机理,研究了短肢剪力墙与梁的正截面受弯承载力比值以及刚度比值与短肢剪力墙结构梁铰机制的关系,据此提出了短肢剪力墙结构实现梁铰破坏机制的设计途径。并以12、15层的短肢剪力墙结构为例,验证了本文提出的短肢剪力墙结构梁铰机制设计方法的合理性。 本文的创新之处在于: (1)在深入分析异形柱轴压比的特征基础上,提出了异形柱轴压比限值的建议,并论证了其合理性 通过对异形柱轴压比限值影响因素的分析,对异形柱配筋的合理性进行研究,并根据大小偏心受压界限破坏机理,分别讨论了异形柱轴压比随截面尺寸、纵筋配筋率变化的规律,提出了异形柱轴压比限值的设计建议值。并对异形柱和短肢剪力墙的轴压比限值进行了比较分析。 (2)将塑性极限分析方法应用到短肢剪力墙结构分析中,论证了其可行性 首次将塑性极限分析方法应用到短肢剪力墙结构的分析中,研究了水平荷载作用下两榀短肢剪力墙结构的破坏过程、传力机理及破坏模式。塑性极限分析显示,两榀短肢剪力墙试验结构的塑性极限荷载与试验结果一致;极限破坏机制与试验结构破坏时机构吻合,成功地分析了该类结构梁铰机制的破坏机理。 (3)提出了短肢剪力墙结构梁铰破坏机制的设计途径 首次研究了短肢剪力墙与梁的正截面受弯承载力比值以及刚度比值与短肢剪力墙结构梁铰机制的关系,据此提出了短肢剪力墙结构实现梁铰破坏机制的设计途径。并以12、15层的短肢剪力墙结构为例,验证了本文提出的短肢剪力墙结构梁铰机制设计方法的合理性。 (4)短肢剪力墙结构的静力弹塑性分析 对试验结构及一栋10层短肢剪力墙结构进行静力弹塑性分析,详细探讨了短肢剪力墙结构的破坏机制、变形过程及延性性能。在静力弹塑性分析的基础上,利用能力谱方法评估了所研究结构的抗震能力。建模过程中,通过离散塑性铰来考虑结构的非线性行为,依据自编的截面弯矩-曲率关系求解程序,并参考试验结果,对短肢剪力墙的屈服面及骨架曲线进行了定义。


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