型钢高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验及有限元分析

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短肢剪力墙既能满足建筑使用功能和美观的要求,又能合理提升小高层建筑的抗震性能,因此在我国得到了广泛应用。与普通剪力墙相比,由于墙肢高度较短,短肢剪力墙还存在承载力较低,抗侧刚度和抗震性能不足等缺点,这使得短肢剪力墙的应用范围受到了限制。近年来,工程界学者们提出在普通钢筋混凝土短肢剪力墙中加设钢骨、型钢、暗支撑或使用高强混凝土等多种改进短肢剪力墙受力性能的措施并进行了试验研究,但目前成果还很少。本文所在课题组结合型钢和高强混凝土,提出型钢高强混凝土(SRHC)短肢剪力墙这一新型结构,以求改善短肢剪力墙的力学性能,扩大其使用范围。本文以轴压比、墙肢配钢形式等为变化参数,设计制作了4个“一”字形截面型钢高强混凝土单肢短肢剪力墙试件和2个双层型钢高强混凝土双肢短肢剪力墙—连梁试件,对其进行低周反复荷载抗震性能试验,从构件和结构两大层面上,揭示该新型结构形式的受力机理、破坏形态、耗能能力和抗震变形性能。并在试验的基础上,利用有限元软件ABAQUS,以轴压比、混凝土强度等级、墙肢配钢形式、连梁跨高比及连梁形式等抗震性能影响参数,对SRHC短肢剪力墙的抗震性能进行有限元仿真模拟拓展分析。试验研究结果及有限元拓展分析表明:(1)SRHC单肢短肢剪力墙试件均为延性弯曲破坏,其承载力大于普通钢筋混凝土短肢剪力墙试件,但延性系数和等效粘滞阻尼系数和后者相当。随着轴压比提高,SRHC短肢剪力墙水平承载力提高,延性变差,刚度增大。与格构式配钢构件相比,实腹式配钢构件的滞回曲线更饱满、延性更好、耗能能力更大。(2)SRHC双肢短肢剪力墙的破坏过程为:首先,结构中连梁出现塑性铰,耗散地震能量;然后,连梁塑性铰产生大的转动到墙肢底部塑性铰的出现。连梁发生延性破坏时,结构延性变形能力和耗能能力较好。型钢高强混凝土短肢剪力墙结构体系耗能能力较强,抗震性能较好。(3)通过有限元仿真分析得到的各试件的滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好。由有限元拓展分析结果可知:与格构式配钢试件相比,实腹式试件的延性较好,受力较合理;一定范围内,随着轴压比和混凝土强度的提高,试件的承载力有显著提高,延性性能变差;调整墙肢间距,改变连系梁跨高比,对双肢剪力墙的整体性能无显著影响。而改变连梁高度实现跨高比变化时,随着剪跨比的减小,试件承载力有较大提高,试件初始刚度也略有提高。型钢混凝土连梁在跨高比为2.0~3.0之间有较好的工作性能;当改变SRHC双肢剪力墙连梁形式时,与钢筋混凝土连梁、实腹式型钢连梁相比,采用实腹式型钢混凝土连梁能够获得较高的承载力、较好的耗能能力,尤其是延性能得到较大提高。
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