带斜筋的柱式配筋剪力墙抗震性能试验研究

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近些年来,由于地震频发,对结构的抗震设计提出了更高的要求,剪力墙作为最为关键的抗侧力构件,同时承载着结构的主要水平荷载和竖向荷载,一旦破坏就会危及整个结构的安全。因此深入研究剪力墙构件的受力性能,开发出承载力高、刚度大、耗能能力强、延性良好的剪力墙尤为重要。对普通剪力墙进行改进,重新配置墙身钢筋骨架,提高钢筋骨架对核心区混凝土的约束力是改善剪力墙抗震性能的最有效的方法之一。本文将普通剪力墙墙身钢筋骨架采用柱式绑扎方式来提高对核心区混凝土的约束力;另外,合理的设置斜筋可以提高剪力墙的延性和耗能能力,并对破坏机制产生影响。因此,本文提出了带斜筋的柱式配筋剪力墙这种新型剪力墙,并进行了这种新型剪力墙和普通剪力墙的低周反复加载试验研究、地震损伤分析、ABAQUS有限元模拟和承载力计算方法研究。主要研究工作如下:1.提出了带斜筋柱式配筋剪力墙。进行了1个带斜筋柱式配筋剪力墙试件和1个普通钢筋混凝土剪力墙试件的低周反复加载试验研究,从试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力、刚度退化以及残余变形方面对其抗震性能进行了分析,揭示了带斜筋柱式配筋剪力墙的抗震机理。2.对2个不同构造形式的剪力墙试件进行了基于能量法的地震损伤计算分析;将试件每一控制位移下的损伤指数作为损伤评价量化标准,建立了带斜筋柱式配筋剪力墙的地震损伤评价标准;分析了带斜筋的柱式配筋构造形式对试件地震损伤演化过程的影响。3.选择了合适的混凝土和钢筋两种材料的本构关系曲线,运用ABAQUS有限元软件对带斜筋的柱式配筋剪力墙进行了计算分析,得到了试件在单调荷载作用下的荷载-位移曲线,通过对曲线上的各特征点的钢筋应力云图和剪力墙Mises应力云图的分析,研究了带斜筋的柱式配筋剪力墙试件整个加载过程的工作机理。4.结合前面对2个不同构造形式的剪力墙进行的低周反复加载试验结果,分析了带斜筋的柱式配筋构造形式对核心混凝土的约束机理,计算了箍筋约束的侧向压力,结合Mander等人提出的单轴荷载作用下约束混凝土的本构关系,给出了两个剪力墙试件的正截面承载力计算方法,包括开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载和破坏荷载,并将计算值与试验值进行了对比分析。根据试验研究结果,得出如下主要结论:1.相比于普通配筋剪力墙,带斜筋的柱式配筋剪力墙的抗震性能更好。不仅承载力高、抗侧刚度大,而且由于墙身内柱式配筋对核心区混凝土的约束作用,使剪力墙的承载力和刚度退化速度减慢,表现出更好的位移延性和耗能能力。2.带斜筋柱式配筋的构造形式减小了剪力墙试件的地震损伤,使得整个加载过程中,带斜筋的柱式配筋剪力墙试件的损伤指数始终小于普通剪力墙试件;且建立的地震损伤评价标准可以较好体现以上两种剪力墙的损伤指数与试件损伤形态之间的关系。3.带斜筋的柱式配筋剪力墙试件的屈服机制为:试件左侧根部受拉区混凝土首先开裂,随着加载的进行,交叉斜筋和柱式纵筋的应力也逐渐增大,并且交叉斜筋应力大于柱式纵筋的应力,交叉斜筋首先屈服;之后,墙身底部柱式纵筋应力继续增大,剪力墙截面受压区高度不断减小,多列柱式纵筋屈服,右下角混凝土压碎,剪力墙的承载力达到峰值状态;最后,墙身底部柱式纵筋受拉屈服区域增大,两侧钢筋都屈曲凸出,试件破坏。4.柱式配筋混凝土本质上就是箍筋约束混凝土,本文计算了箍筋约束的侧向压力,结合Mander等人提出的单轴荷载作用下约束混凝土的本构关系,给出了带斜筋柱式配筋剪力墙试件的正截面承载力计算方法,可以作为此类剪力墙承载力计算的参考依据,并且该新型剪力墙构造简单,施工方便,具有良好的实用价值,可用于一般高层建筑和大型复杂建筑的剪力墙或有剪力墙的结构体系中。
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