钢框架内嵌再生混凝土墙结构等效模型研究

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再生混凝土墙板与钢框架作为整体来共同抵抗侧向荷载作用,课题组分别对内填现浇、内填预制及外挂三种形式的钢框架-再生混凝土墙结构进行了拟静力试验研究,系统分析了再生混凝土墙体的连接形式及节点刚度变化对钢框架再生混凝土墙结构的破坏形态、承载能力、延性及耗能性能的影响。由于梁柱节点连接刚性的影响和再生混凝土力学性能的退化,现有的等效模型难以准确模拟墙板在框架结构中的受力性能,需要修正改进。本文在试验研究的基础上,将再生混凝土墙板分别等效为单压杆模型、三支杆模型和等效斜向板带模型,并对其进行有限元模拟,将有限元分析结果与试验数据对比分析,提出钢框架内嵌再生混凝土墙板结构的等效分析模型,并结合结构体系的破坏模式和受力机理,提出了结构体系的抗侧刚度和承载力公式,主要工作包括以下几个方面:(1)对钢框架内嵌普通混凝土和钢框架内嵌再生混凝土两种试件进行低周反复加载试验,描述其试验现象及破坏模式,并对比分析两者的滞回曲线和承载力曲线,研究结果表明:由100%取代率制作的墙体与普通混凝土墙相比,结构的峰值荷载、滞回曲线包围的面积和形状均比较接近;再生混凝土墙体开裂荷载降低了 27%,屈服荷载降低约10%,但极限承载力基本相同,说明了再生混凝土墙板的优异性。再生混凝土墙板与钢框架结合,结构的屈服层间位移角在1/253~1/270之间,极限层间位移角在1/37~1/46之间,说明结构体系具有较好的变形能力。(2)通过有限元分析,在已有等效模型即等效单压杆模型、等效三支杆模型和等效斜向板带模型的基础上,对比各个等效模型的承载力曲线,发现等效三支杆模型与SPE-2的承载力曲线最接近,在SPE-2的最大承载力处误差仅为6.5%;并对比三支杆模型和SPE-2的变形结果和滞回曲线图,进一步验证了三支杆模型适合钢框架内嵌再生混凝土墙结构。(3)在试验研究和理论计算分析的基础上,根据结构体系的受理机理和破坏模式,提出了适合钢框架内嵌再生混凝土结构的抗侧刚度和承载力的计算公式,并根据试验数据验证了计算公式的可靠性。
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