短肢剪力墻非線性力學(xué)模型及地震反應(yīng)分析.pdf

1、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式，由于其建筑功能、結(jié)構(gòu)受力和工程造價均較合理，近年來在我國得到了廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。但短肢剪力培在地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗不多，尚缺少深入的研究和實際地震的考驗。為安全起見，高層規(guī)程對這種結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計進(jìn)行了更加嚴(yán)格的規(guī)定。對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的研究，可以完善設(shè)計理論以及規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，為抗震設(shè)計提供必要的參考依據(jù)。結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)的計算機(jī)模擬分析技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)非彈性地震反應(yīng)規(guī)律的基本工具與手段之一，用計算機(jī)

2、模擬的方法進(jìn)行短肢剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)的研究，不僅具有理論上的意義而且具有廣闊的應(yīng)用前景。圍繞上述目標(biāo)，本文主要完成了以下工作。
　　 進(jìn)行了短肢剪力墻基本受力性能的分析研究，為有限元模型的建立提供了必要的基礎(chǔ)。(1)短肢剪力墻屬中高剪力墻，其發(fā)生彎曲破壞的可能性較大，并且可咀通過調(diào)整配箍率，使其破壞趨向于彎曲破壞這種延性較好的破壞形式。(2)剪力滯效應(yīng)對其側(cè)移剛度有一定的影響，但隨著構(gòu)件長寬比增加，其影響程度越來越小。高層

3、結(jié)構(gòu)中的短肢剪力墻，剪力滯效應(yīng)對其側(cè)移風(fēng)度的影響很小。(3)短肢剪力墻開裂或進(jìn)入彈塑性階段后，會發(fā)生中性軸偏移和主慣性軸的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而影響構(gòu)件的抗彎剛度，并產(chǎn)生構(gòu)件的伸長和斜彎曲。本文提出了廣義形心和主剛度慣性矩的概念，從而為構(gòu)件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)后的研究提供了理論依據(jù)。(4)短肢剪力墻屬于強(qiáng)肢弱梁型結(jié)構(gòu)，連梁的屈服先于墻肢的屈服，連梁屈服后其內(nèi)力在構(gòu)件之間發(fā)生重分布，為結(jié)構(gòu)抗震提供了多道防線。(5)研究了短膛剪力墻截面幾何參數(shù)對其力學(xué)性

4、能的影喃。
　　 本文建立了基于有限單元柔度法并考慮剪切變形和幾何非線性的彈塑性纖維單元模型，從而有效地提高了計算的精度，并使模型可以用于短柱及剪力墻等長細(xì)比較小的構(gòu)件分析。目前，大多數(shù)有限元模型是基于剛度法建立的，但剛度法單元由于位移形函數(shù)的近似性，在強(qiáng)非線性階段位移插值函數(shù)嚴(yán)重偏離了構(gòu)件真實的位移場分布。有限單元柔度法的基本思路是將力選作未知量采用力的插值函數(shù)，作為問題求解的出發(fā)點(diǎn)，對于假定的任意截面內(nèi)力分布，作為單元控制方

5、程之一的平衡條件也總是能得到嚴(yán)格滿足。在結(jié)構(gòu)分析中可以用一個單元模擬一個構(gòu)件，從而減少了單元量，增加了計算的效率。纖維模模型是目前處理空間桿系雙向彎曲與變軸力耦臺問題最為實用有效的分析模型，它同時可以正確反映異形截面構(gòu)件開裂或進(jìn)入彈塑性階段后，中性軸偏移和主慣性軸的扭轉(zhuǎn)對構(gòu)件剛度、構(gòu)件伸長和雙向彎曲的影響。
　　 根據(jù)基于有限單元柔度法纖維單元模型，本文研制了結(jié)構(gòu)非線性分析程序，實現(xiàn)了鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)材料與幾何雙重非線性問題

6、的模擬。程序的靜力非線性分析采用荷載增量法與牛頓-拉斐遜法相結(jié)合的方法，動力響應(yīng)問題的求解采用Newmark-B法進(jìn)行。程序的研制采用模塊化編程思路，各模塊之間相對獨(dú)立，通過接口進(jìn)行連接，可以根據(jù)計算需要接入不同的模塊，從而完成不同的計算功能。每一桿件單元的不同纖維可以具有不同的材料特性，便于處理諸如鋼筋混凝土構(gòu)件這類由不同材料構(gòu)成的桿件模擬問題。程序除能輸出宏觀構(gòu)件層次的計算數(shù)據(jù)外，還能得到纖維的應(yīng)力或應(yīng)變歷程這樣的細(xì)部信息，為研究者

7、進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能的深入研究提供了更多便利。
　　 采用本文研制的結(jié)構(gòu)非線性分析程序，成功模擬了各種類型的鋼筋混凝土短肢剪力墻構(gòu)件和部分對稱雙肢剪力墻結(jié)構(gòu)的擬靜力試驗，并對部分試驗未能給出的數(shù)據(jù)做了進(jìn)一步地分析。模擬結(jié)果正確反應(yīng)了各種短肢剪力墻構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的受力性能，并與實驗結(jié)果顯示出良好的一致性。驗證了本文所建理論的正確性和所研制的結(jié)構(gòu)非線性分析程序求解問題的有效性與可靠性，從而可以代替部分實驗，為結(jié)構(gòu)抗震性能研究提供了一個非常有