高轴压比框支短肢剪力墙斜柱式转换结构抗震性能有限元分析

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在2003~2011年期间,重庆大学钟树生团队针对框支短肢剪力墙斜柱式转换结构的抗震性能分析做了大量构件试验,对该种结构的整体抗震性能做出了评价。但是由于试验本身的局限性,对高轴压比下该种结构更为详细的参数化分析以及其对各项抗震性能指标的影响就需要数值模拟来进行分析。在有限元数值模拟分析中,对框支短肢剪力墙斜柱式转换结构的分析研究尚不完善。本文研究课题的内容主要针对团队试验构件W9-4,在试验整体评价的基础上,使用ABAQUS对W9-4足尺模型在墙肢高轴压比下做更进一步的抗震性能分析,主要从构件骨架曲线、延性系数和破坏模式三方面进行。首先本文对W9-4的骨架曲线和相应的荷载位移指标做了数值模拟与试验的对比拟合,验证了ABAQUS模拟的准确性,然后对W9-4中的单片墙肢做详细的正交分析,得出肢厚比、暗柱纵筋和箍筋对墙肢抗震性能的影响,在此基础上,进而对W9-4的整体子结构在高轴压比的工况下做非线性有限元分析,最后对不满足概念设计破坏顺序的构件做了进一步修改,提出了建议的框支柱轴压比控制值和框支柱纵筋放大系数。通过ABAQUS对试件的模拟计算,能够总结出如下结论:1)现行规范对剪力墙暗柱的尺寸规定使得墙肢肢厚比在6~8之间变化时,约束边缘构件的尺寸不变,所以肢厚比越大,约束边缘构件的相对尺寸越小,抗震性能就越差;2)墙肢约束边缘构件的箍筋在高轴压比时对混凝土的约束作用逐渐变强,通过增大箍筋的配筋可以有效的改善T形短肢剪力墙在高轴压比下的抗震性能。3)轴压比的增大使得结构延性下降,但由于约束混凝土以及转换层承载储备的有利作用,其延性下降相对缓慢;4)斜柱按照轴心受压柱设计时,强度储备很充足,在保证不出现薄弱层的前提下,斜柱尺寸可以灵活调整;5)转换梁在进入弹塑性阶段后,节点区域的箍筋会部分屈服,混凝土出现中等损伤,但是中间段的箍筋并未屈服而且混凝土损伤较小,因此可以分段设计,节点部分加强抗剪设计,而中段可以适当放松;6)肢厚比为6~7的短肢剪力墙斜柱式转换结构在高轴压比下的构件破坏模式部分不合符抗震概念设计,但是通过控制框支柱轴压比和纵筋放大可以使构件的破坏顺序符合概念设计。
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