型鋼高強(qiáng)混凝土短肢剪力墻抗震性能試驗(yàn)及理論研究.pdf

1、短肢剪力墻是近年來在我國興起的一種新型抗側(cè)力構(gòu)件，其墻肢截面的高度與厚度之比為5～8，是介于異形柱和剪力墻之間的一種過渡形式。由于短肢剪力墻截面形式多樣，具有空間布置靈活，建筑功能易滿足且造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在我國南方地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，具有良好的市場應(yīng)用前景。
　　與普通剪力墻相比，短肢剪力墻存在承載力偏低，抗側(cè)剛度和抗震性能不足等問題。我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其抗震等級(jí)、軸壓比等方面采取了嚴(yán)格的限制，故該結(jié)構(gòu)形式只適用于10～25層的高層住宅

2、中。如何突破短肢剪力墻的局限性，拓展其應(yīng)用范圍，在我國具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　針對(duì)這一問題，提出了型鋼高強(qiáng)混凝土（Steel Reinforced High-strengthConcrete，SRHC）短肢剪力墻這一新型構(gòu)件。型鋼高強(qiáng)混凝土短肢剪力墻指的是在短肢剪力墻中采用高強(qiáng)混凝土并配置型鋼，一方面采用高強(qiáng)混凝土提高短肢剪力墻的承載力，另一方面通過配置型鋼以獲取較好的抗震性能?？梢灶A(yù)測，該新型結(jié)構(gòu)將具有更廣闊的適用性和更好的社

3、會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。作為一種新的構(gòu)件形式，其受力機(jī)理仍需通過試驗(yàn)深入研究。
　　本課題以在使用上具有良好前景的SRHC短肢剪力墻為研究對(duì)象，采取試驗(yàn)研究、理論分析和計(jì)算機(jī)仿真模擬分等研究手段，深入揭示這種新型抗側(cè)力構(gòu)件的抗震性能，為進(jìn)一步推廣短肢剪力墻結(jié)構(gòu)做好理論基礎(chǔ)。
　　本文獲得的主要研究成果如下:
　　1.通過對(duì)6個(gè)一字形截面SRHC短肢剪力墻試件進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究不同配鋼形式、不同軸壓比的SRHC短肢剪力墻在壓

4、、彎、剪力共同作用下的破壞形式、承載能力、抗側(cè)剛度、延性、耗能能力等，深入了解該類型構(gòu)件的受力機(jī)理并為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支持。試驗(yàn)結(jié)果表明:SRHC短肢剪力墻試件與普通鋼筋混凝土短肢剪力墻試件相比，承載能力得到了大幅度提高，而延性相當(dāng)。格構(gòu)式和實(shí)腹式SRHC短肢剪力墻的破壞過程相近，最終破壞形態(tài)為壓彎破壞。比較兩種配鋼形式的試件，相同軸壓比下，格構(gòu)式SRHC短肢剪力墻的承載力較實(shí)腹式略高，但延性稍差。相對(duì)于格構(gòu)式試件，實(shí)腹式試件的開裂和破

5、壞程度均較輕，強(qiáng)度和剛度退化曲線平緩，耗能能力較好。軸壓比對(duì)兩種配鋼形式SRHC短肢剪力墻的影響規(guī)律一致，即:隨著軸壓比提高，SRHC短肢剪力墻水平承載力提高，延性變差，極限位移角減小。本文實(shí)腹式SRHC短肢剪力墻試件通過在鋼板上開圓孔，使鋼板和混凝土能更好協(xié)同工作，可增強(qiáng)試件的整體性，效果良好，可供借鑒。
　　2.在對(duì)SRHC短肢剪力墻試件進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ABAQUS軟件，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別對(duì)SRHC短肢剪力

6、墻試件和SRHC短肢剪力墻—連梁節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行非線性有限元仿真分析和參數(shù)分析。有限元分析結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合良好，驗(yàn)證了本文有限元模型是合理有效的。結(jié)合有限元和試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比兩種配鋼形式試件可知:實(shí)腹式試件延性較好，實(shí)腹鋼板應(yīng)力分布較均勻合理，因此在保證型鋼和混凝土有效粘結(jié)力的前提下，實(shí)腹式試件受力性能優(yōu)于格構(gòu)式試件。采用高強(qiáng)混凝土可顯著提高試件承載力，但高強(qiáng)混凝土的脆性特征可導(dǎo)致試件延性下降，對(duì)于 SRHC短肢剪力墻，本文建議采用強(qiáng)度為C

7、50～C60的混凝土以獲得較好的綜合性能。對(duì)SRHC短肢剪力墻—連梁節(jié)點(diǎn)的有限元分析表明:型鋼連梁試件較型鋼混凝土連梁試件延性好，而剛度和承載力略低;軸壓比對(duì)SRHC短肢剪力墻—連梁節(jié)點(diǎn)的影響規(guī)律與對(duì)普通鋼筋混凝土短肢剪力墻的基本一致，即隨著軸壓比的提高，SRHC短肢剪力墻節(jié)點(diǎn)的峰值承載力增加，而極限位移值減小，初始剛度略有增加。
　　3.結(jié)合對(duì)SRHC短肢剪力墻的試驗(yàn)研究，在偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，考慮墻肢兩端

8、型鋼、墻肢中部鋼板以及縱筋對(duì)承載力的貢獻(xiàn)，得到壓彎破壞的SRHC短肢剪力墻正截面承載力計(jì)算公式。本文所提出的SRHC短肢剪力墻承載力計(jì)算公式和試驗(yàn)結(jié)果符合較好。
　　4.對(duì)現(xiàn)有的格構(gòu)式SRHC短肢剪力墻試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過對(duì)現(xiàn)有規(guī)范中型鋼剪力墻受剪承載力計(jì)算公式的修正，給出了SRHC短肢剪力墻受剪承載力計(jì)算公式，經(jīng)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，本章提出的公式具有較好的準(zhǔn)確性。通過對(duì)實(shí)腹式SRHC短肢剪力墻的有限元分析，得出鋼板對(duì)試件斜截面

9、承載力貢獻(xiàn)量的計(jì)算值，經(jīng)過回歸得出計(jì)算公式。本文有限元的分析結(jié)果可為試驗(yàn)研究提供參考，為以后的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。
　　5.在低周反復(fù)荷載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了適合于SRHC短肢剪力墻并考慮剛度退化的四線型恢復(fù)力模型。通過數(shù)據(jù)分析和理論推導(dǎo)，擬合出對(duì)應(yīng)骨架曲線各特征點(diǎn)參數(shù)和各階段剛度的計(jì)算公式，總結(jié)出相應(yīng)的滯回規(guī)律。本文模擬的計(jì)算曲線與試驗(yàn)曲線基本相符，能較好反映SRHC短肢剪力墻的滯回特性，可為該類型的結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力分析提供參考。