内置钢管高性能混凝土剪力墙受力性能及设计方法研究

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剪力墙是承担竖向荷载和抵抗侧向力的重要构件,高层建筑的发展也对其各项性能提出更高要求。高性能混凝土具备强度高、耐久性好、流动性好和免振捣等优越性能,可以降低结构自重、减小地震反应,同时能够使墙、柱等竖向构件的截面尺寸减小并增加建筑使用面积,具有良好的经济性。将钢管应用于高性能混凝土剪力墙可以改善其脆性,本文对钢管高性能混凝土剪力墙的受力性能和设计方法进行了研究分析。主要研究内容如下:(1)本文研究了内置钢管高性能混凝土剪力墙抗震性能,对1个高性能混凝土剪力墙试件和2个内置钢管高性能混凝土剪力墙试件进行了低周反复水平加载试验;研究其在往复水平荷载作用下的破坏机理、滞回性能、变形能力以及耗能能力;为内置钢管高性能混凝土剪力墙的正截面受弯承载力计算及延性性能研究提供试验依据。(2)完成了钢管高性能混凝土剪力墙弹塑性分析。选用有限元软件ABAQUS建立了内置钢管高性能混凝土剪力墙的非线性有限元模型;考虑材料非线性,模拟钢管高性能混凝土剪力墙加载全过程受力性能;分析了影响内置钢管高性能混凝土剪力墙受力性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、钢管套箍率、钢管的钢材强度和混凝土强度。(3)提出钢管混凝土剪力墙屈服状态和承载力极限状态时截面应力、应变分布,基于平截面假定并考虑钢管约束影响,分析剪力墙极限承载力,给出内置钢管高性能混凝土剪力墙的正截面受弯承载力计算公式。通过与试验数据对比表明,本文建议公式的计算结果与试验结果较为符合。(4)通过内置钢管高性能混凝土剪力墙截面平衡条件和变形条件,提出截面屈服曲率与极限曲率的计算公式;基于曲率延性系数与位移延性系数的关系,确定了内置钢管高性能混凝土剪力墙相应位移延性系数。对计算研究分析,得到钢管混凝土剪力墙轴压比、剪跨比、钢管套箍率与位移延性系数之间的关系。最后,提出不同轴压比及钢管套箍率情况下,钢管混凝土剪力墙位移延性系数的取值,可供钢管混凝土剪力墙变形能力评估时参考。(5)由钢管混凝土剪力墙截面屈服曲率及极限曲率推算结构的目标位移,得到钢管混凝土剪力墙极限位移角,提出了钢管混凝土剪力墙不同轴压比限值下,满足特定目标位移需求的钢管套箍率确定方法。
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