基于ABAQUS的不均匀锈蚀钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究

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钢筋混凝土剪力墙是一种广泛应用于高层建筑的抗侧力结构构件,其抗震性能对整个房屋的抗震性能影响极大。在自然环境和各种腐蚀环境下,既有结构由于钢材的锈蚀会导致其抗震性能退化。而钢材的锈蚀往往都是不均匀的,且不均匀锈蚀对既有结构抗震性能的损害影响巨大。正确估计既有钢筋混凝土剪力墙构件的抗震性能,深入研究不均匀锈蚀对剪力墙构件的影响,及时有效地加固将会避免和减少损失,这具有重大的社会及经济意义。然而,目前对不均匀锈蚀剪力墙抗震性能的研究较少。为了深入研究不均匀锈蚀钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,采用ABAQUS有限元数值模拟方法,共设计了46个不同参数的剪力墙试件,分析锈蚀部位、锈蚀率、轴压比及剪跨比对锈蚀剪力墙抗震性能的影响。主要研究内容及结论如下:(1)对已有钢筋混凝土剪力墙在低周反复荷载作用下的试验进行有限元分析,滞回曲线、骨架曲线及承载能力的理论计算值与试验值基本一致,这验证了剪力墙有限元模型的有效性和可靠性。(2)对比分析不同锈蚀部位下,各剪力墙试件的抗震性能,得出结论:剪力墙下部1/3钢筋锈蚀、边缘构件纵筋锈蚀对其抗震性能的影响很大,属于剪力墙的薄弱部位。其可以作为锈蚀部位的典例进行下一步对锈蚀构件的深入研究。(3)对比分析不同锈蚀率下,各剪力墙试件的抗震性能,得出结论:随着锈蚀率的增大,剪力墙抗震性能逐渐降低,30%的钢筋锈蚀率可以作为不均匀锈蚀剪力墙的典例,进行下一步对锈蚀构件的深入研究。(4)对比分析不同轴压比下,各剪力墙试件的抗震性能,得出结论:随着轴压比增大,剪力墙的承载力逐渐增大,但变形能力降低,强度退化和刚度退化趋于严重,且锈蚀剪力墙变形能力降低速率比未锈蚀剪力墙快。在同一轴压比下,锈蚀试件比未锈蚀试件的抗震性能明显较差。(5)对比分析不同剪跨比下,各剪力墙试件的抗震性能,得出结论:随着剪跨比增大,剪力墙的变形能力增强,但承载能力降低,钢筋锈蚀对其变形能力、初始刚度和承载能力、耗能能力的影响逐渐减小。相同剪跨比下,锈蚀试件比未锈蚀试件的抗震性能明显较差。对于未锈蚀剪力墙试件,其耗能能力呈现先增大后减小的趋势,剪跨比为2.0时达到最大;对于锈蚀剪力墙试件,随着剪跨比增大,其耗能能力逐渐增强。对不均匀锈蚀钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响因素与参数进行深入分析,为得到加强既有剪力墙和改善剪力墙各项性能的方法,及既有剪力墙结构的维修加固与最优控制提供科学依据。同时为课题组后续的试验研究提供理论依据。
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