带暗支撑剪力墙及核心筒体非线性分析及性能研究

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随着我国城市化进程的加快,高层住宅越来越多,钢筋混凝土剪力墙由于具有良好的抗震性能,在高层建筑中的应用非常广泛。剪力墙作为建筑结构中的一种主要抗侧力体系,改善剪力墙的抗震性能是国内外一直关注的问题。北京工业大学的曹万林教授提出了带暗支撑剪力墙,试验证明在剪力墙中加设暗支撑可明显地改善剪力墙的抗震性能。但在带暗支撑剪力墙的有限元理论研究上还有不足,使用将暗支撑钢筋弥散分布在混凝土单元中的方法模拟暗支撑剪力墙无法充分体现暗支撑对剪力墙耗能能力的贡献。本文对此做了一定的改善,用独立的单元模拟暗支撑,对带暗支撑剪力墙进行了较系统的有限元理论分析和设计方法研究。高层建筑常常用筒体作为其主要的抗侧力部件,本文提出了改善筒体抗震性能的措施,并进行了相应的理论分析。本文完成的主要内容及成果如下:(1)对钢筋混凝土剪力墙三维非线性有限元理论进行了阐述,采用ANSYS有限元分析软件建立了低剪力墙弹塑性有限元分析模型。钢筋混凝土采用ANSYS中的SOLID65混凝土带筋单元,暗支撑采用PIPE20管单元模拟。混凝土的裂缝模型采用弥散裂缝;钢筋采用双线性弹塑性本构模型。利用此模型分别对整体带暗支撑低剪力墙和带暗支撑双肢剪力墙进行了数值模拟。将计算结果与试验数据作对比,验证数值模型的正确性。(2)在有限元计算结果的基础上,深入地分析了带暗支撑低矮剪力墙及带暗支撑双肢剪力墙的刚度及其衰减过程、承载力、延性、耗能能力、破坏机制等。揭示了交叉钢筋和暗柱对提高剪力墙抗震性能的作用;揭示了暗支撑与剪力墙共同工作的机理。(3)在带暗支撑剪力墙的研究基础上,进一步研究了带暗支撑核心筒体,通过1/6缩尺的带暗支撑核心筒体结构和普通核心筒体结构的有限元计算结果,比较分析了它们的承载力、刚度、延性、耗能能力及破坏机制。计算结果表明,带暗支撑筒体比普通筒体的抗震性能明显提高。(4)对带暗支撑剪力墙及核心筒体进行了参数分析,比较分析了不同暗支撑配形式和不同配筋比对剪力墙及筒体的承载力、延性及耗能性能的影响,提出了在设计时的参数选择建议。
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