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钢筋混凝土剪力墙结构以其良好的抗侧变形能力被广泛应用于高层建筑。由于建筑使用要求,墙体上经常开门窗洞口,规则排列的洞口将一整体墙肢分割成由洞口间连梁联结的多肢剪力墙。对于开洞剪力墙结构,连梁是剪力墙结构中的主要耗能构件,其承载力、延性、动力特性和耗能性能直接影响着剪力墙整体结构的抗震性能。在剪力墙或框架-核心筒结构中,为了保证结构具有足够的侧向刚度或满足使用功能上的要求,经常使用到跨高比较小的深连梁。已有试验研究表明,普通配筋的小跨高比连梁一般出现剪切型破坏,其延性和耗能能力较差,从而无法满足联肢剪力墙或核心筒结构对延性的要求。
针对这一工程设计问题,本文依据“5·12汶川”地震中双连梁剪力墙和深连梁剪力墙结构的实际震害现象对比,通过有线元数值模拟对比分析了双连梁和深连梁剪力墙结构的抗震性能,为剪力墙结构中连梁形式的优化设计提供依据,本文主要完成了以下工作:
1)建立了采用两种不同连梁结构形式的双肢剪力墙试件的有限元模型,对比分析了双连梁与深连梁剪力墙模型在单调和低周反复加载作用下的破坏形态、极限承载力、滞回性能、延性及耗能能力。结果表明,与发生剪切型破坏的深连梁相比,双连梁屈服后剪力墙整体结构仍具有一定的抗侧变形能力,双连梁可以承受较大的塑性转角,成为剪力墙结构良好的耗能构件;双连梁剪力墙结构的位移延性及耗能能力均优于深连梁剪力墙结构,但其极限承载力和抗侧刚度较深连梁剪力墙结构稍低。
2)分析了双连梁与深连梁对剪力墙结构整体刚度的影响,计算结果与试验普遍现象吻合较好,计算结果表明,在双连梁与深连梁设计刚度相等条件下,双连梁剪力墙比深连梁剪力墙整体刚度小20%~30%左右。
3)探讨了连梁间缝槽开口大小以及连梁数量对剪力墙结构抗侧承载力、裂缝发展及应力分布的影响。结果表明,缝槽开口越大,剪力墙整体承载力下降;连梁数量过多时,各小梁由于抗弯刚度较小,而过早产生破坏,最后导致受拉墙肢破坏,对结构整体产生不利影响。
4)进行了双连梁剪力墙与深连梁剪力墙的模态分析与动力时程分析,结果表明,双连梁剪力墙与深连梁剪力墙在地震作用下的动力特性和动力反应较为接近,但在连梁等刚度设计条件下,双连梁纵向钢筋应力比深连梁稍大,建议在剪力墙结构双连梁设计中,进行钢筋配置时乘以一定的放大系数。
5)最后总结了本文的研究成果,并指出了尚待进一步深入研究和解决的问题。