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宽肢异形柱框架—混凝土砌块墙组合结构的抗震性能试验研究

艾兵  
【摘要】: 近年来,异形柱框架结构体系在国内得到了较广泛的应用,论文结合这类结构体系的工程实际,从满足地震作用下结构的侧向刚度要求出发,提出了钢筋混凝土宽肢异形柱-小型混凝土空心砌块墙组合结构体系,该体系将混凝土小型砌块墙及异形柱框架结合起来,采取先砌墙后浇注混凝土框架梁柱的施工方法,考虑砌块墙与异形柱框架共同工作,并适当提高异形柱肢高肢厚比,同时,在砌块墙体中设置若干道构造圈梁以约束砌块砌体,从而形成宽肢异形柱-混凝土砌块墙组合结构体系。该结构体系可广泛应用于量大面广的小高层住宅,因此,论文所进行的研究工作具有重要的理论意义和实用价值。 论文通过试验研究、理论分析和有限元数值模拟,对这类结构体系的抗震性能进行了较深入的研究。先后完成了5榀几何缩尺比为1:2的模型试件在低周反复水平荷载作用下的拟静力试验,其中2榀为单层钢筋混凝土宽肢异形柱框架-混凝土砌块墙组合结构,1榀为四层钢筋混凝土宽肢异形柱框架-混凝土砌块墙组合结构,另外2榀分别为单层和四层钢筋混凝土异形柱纯框架结构,以用作分析对比。试验研究表明,由T形截面混凝土柱和小型混凝土空心砌块墙组成的宽肢异形柱-小型混凝土空心砌块墙组合结构,具有良好的协同工作性能;砌块墙能明显增加结构的承载力及刚度,框架能约束墙体的变形,使其裂而不倒,经加固后仍可正常工作;模型试件开裂及破坏的次序依次为混凝土砌块墙、梁、柱,故可将砌块墙作为结构抗震的第一道防线,这也符合结构抗震的多道设防原则。异形柱框架塑性铰位置梁端先于柱端出现,属于典型的梁铰机制。 宽肢异形柱-砌块墙组合结构与异形柱纯框架结构相比,其抗侧承载力、抗侧刚度、延性系数均有较大幅度提高。抗侧承载力可提高25%左右,开裂刚度及屈服刚度平均提高2.10倍,延性系数提高1.89倍。滞回曲线所围的面积大且饱满,说明该结构具有良好的抗震性能。 论文利用弹塑断裂和损伤混凝土模型,对单层单跨宽肢异形柱框架-砌块墙组合结构进行了非线性有限元分析,重点研究了随异形柱肢高肢厚比及结构高宽比变化对其承载力及刚度的影响。 论文在试验研究和理论分析的基础上,给出了宽肢异形柱框架-砌块墙组合结构的六种破坏模式。提出了宽肢异形柱框架-砌块墙组合结构抗剪承载力计算公式,采用整体墙工作模型得到了弹性刚度的计算公式,理论和试验结果值对比表明,论文所提出的公式具有较好的精度,能满足工程设计要求。 论文提出的有关宽肢异形柱框架-砌块墙组合结构的设计及施工建议可供设计人员参考。 论文考虑填充墙对框架结构抗震性能的影响,探讨了填充墙刚度的计算模型,利用TAT三维空间分析程序研究了周期折减系数大小对结构地震反应大小的影响,研究分析表明,填充墙对框架结构的承载力及刚度影响很大。最后,结合数值分析提出了带填充墙框架的抗震概念设计。


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