内置GFRP管的钢管混凝土束剪力墙抗震性能有限元分析

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剪力墙作为高层及超高层建筑中重要的承重构件,不仅要承担较大的重力重力荷载,同时要抵抗水平地震作用。随着建筑高度的不断攀升,剪力墙受到的水平作用迅速增长,这要求剪力墙具有更高的承载力和更好的延性。基于此,组合剪力墙的的研究和发展应运而生,承载力高、延性好、易于施工的组合剪力墙对超高层建筑的发展至关重要。组合剪力墙通过对截面型式进行优化,能够充分发挥不同材料的优势,从而使剪力墙有着更好的力学性能和变形性能。钢管混凝土束剪力墙不仅具有较高的承载力,而且具有耗能和变形能力强,延性好,易于装配式施工等优点,而纤维复材(FRP)管则具有轻质、高强、耐腐蚀以及能对混凝土产生较强的约束作用等优点。基于钢管混凝土束剪力墙的受力特点和纤维复材管的力学特性,本课题组提出一种新的组合剪力墙型式,即内置GFRP管的钢管混凝土束剪力墙。通过在钢管混凝土束剪力墙的端部内置GFRP管,对端部混凝土产生有效的约束作用,避免钢管混凝土束剪力墙在较大的水平力作用下,因端部混凝土过早被压溃,而使构件失去承载能力,从而增大剪力墙的二阶刚度和延性。内置GFRP管的钢管混凝土束剪力墙作为一种新型组合构件,为了解其力学性能和变形性能,进行抗震性能试验十分重要。在有限的试验研究的基础上,通过模拟分析,进一步了解新型组合剪力墙的抗震性能,探究不同因素对其抗震性能的影响,并在深入分析模拟结果的基础上,提出合理可行的设计建议,为该新型组合剪力墙的工程应用奠定基础,具有现实意义。对于新型组合剪力墙,建立三维实体有限元模型进行细致的微观受力分析,系统探究试件各组成材料在试验过程中的损伤发生发展情况,从而深入了解新型组合剪力墙的受力机理和破坏模式,能够为其优化提供参考。本文具体研究内容如下:1、本课题组设计并完成了3片内置GFRP管的钢管混凝土束剪力墙的低周往复水平加载试验,通过分析试件的试验破坏模式、滞回性能、刚度退化、强度退化以及耗能能力等,对新型组合剪力墙的抗震性能进行深入研究。2、结合3片内置GFRP管的钢管混凝土束剪力墙抗震性能试验结果,采用OpenSees有限元分析平台,对水平往复荷载作用下新型组合剪力墙的滞回性能进行数值模拟分析,并将有限元模拟结果与抗震性能试验结果进行对比,从而验证模型的准确性和可靠性。3、采用验证后的OpenSees有限元模型,深入分析了GFRP层数、钢材强度、钢材厚度、混凝土强度、剪跨比、轴压比、截面高厚比、腔数以及GFRP管个数等参数对内置GFRP管的钢管混凝土束剪力墙抗震性能的影响规律,并结合参数分析结果,提出合理的设计建议。4、采用通用有限元分析软件ABAQUS,对3片内置GFRP管的钢管混凝土束剪力墙的抗震性能试验过程进行模拟,观察在不同水平位移下,钢管束应力-应变发展及其面外变形演变情况,以及混凝土压碎开裂过程,深入分析新型组合剪力墙的受力机理和破坏模式,为今后采用三维实体有限元模型对该新型组合剪力墙进行优化分析奠定基础。
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