L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究

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在建筑物中,剪力墙同时承担竖向、水平向荷载,受力情况复杂。在高层、超高层建筑中,传统钢筋混凝土剪力墙因严苛的荷载条件,设计变得十分复杂。钢板混凝土剪力墙是目前超高层建筑抗侧构件的一大发展方向,并且已经得到了推广。波纹钢板已应用于钢板混凝土剪力墙的研究中且展示出了良好的工程应用潜能。另外,现行设计规范中,异形截面剪力墙的设计方法还比较缺乏,难以对实际工程提供参考。针对这一状况,本文试将波纹钢板作为外包钢板,制成L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙,对此类剪力墙的抗震性能开展研究。主要内容有:(1)以轴压比、剪跨比、波纹形状,波纹方向、墙端约束形式、翼缘墙肢宽为研究参数,制作10个L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙试件,开展低周反复试验,得到试件破坏过程、破坏形态以及滞回曲线。得到的滞回曲线呈反S型或者弓型,非对称,正向残余变形较大。破坏现象集中表现为腹板墙肢外缘底部鼓曲,属于压弯破坏。(2)得到L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙骨架曲线、特征点参数、延性、刚度退化、强度退化、耗能能力等抗震性能指标,分析试件参数与抗震性能指标之间的关系。试件延性系数普遍在3以上,延性良好;极限位移角均普遍超过1/50,抗倒塌性能良好。L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙具有良好的承载力、抗侧刚度、耗能能力。提高轴压比、降低剪跨比、竖向布置波纹、设置墙端方钢管柱可以增加L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗侧刚度;水平布置波纹的试件强度退化快;提高轴压比、设置窄波纹、水平布置波纹、不设墙端方钢管柱能使试件等效粘滞阻尼系数更高,单循环的耗能能力更好。(3)根据试件的破坏过程、破坏形态,分析关键部位应变规律,得到L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙压弯破坏的受力机理。分不同加载方向建立了 L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面压弯承载力计算公式。将计算结果与实测数据对比,两者较为吻合,计算方法可靠。(4)通过对试验所得数据拟合,建立L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙三折线骨架曲线模型,给出了骨架曲线模型上各关键点坐标及各线段斜率计算公式。对L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙刚度退化数据做回归分析,得出试件卸载刚度与加载位移间的关系式。(5)L形双波纹钢板混凝土组合剪力墙较异形截面的钢筋混凝土剪力墙有更好的承载力极限变形能力。同时参考其他异形组合剪力墙研究,在实际工程应用中,建议此类构件设计时将外包波纹钢板竖直布置波纹,并在墙端设置大刚度的约束构件,扩大对拉螺杆锚固面积,以提高构件力学性能。研究成果进一步丰富了双波纹钢板混凝土组合剪力墙的理论内容,可为双波纹钢板混凝土组合剪力墙结构的工程应用提供参考和依据。
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