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在高层短肢剪力墙住宅结构中,可根据受力需要,在不同的部位分别采用异形柱、短肢剪力墙、普通剪力墙这些构件。构件的截面高厚比小于或等于4时一般呈柱的受力特点,构件的截面高厚比为5~8时一般呈短肢剪力墙的受力特点,构件的截面高厚比大于8时一般呈普通剪力墙的受力特点。本文称墙肢截面高厚比介于4~5之间时的构件为长肢柱,显见它是介于异形柱和短肢剪力墙之间的一种构件,目前有关其抗震性能研究的相关文献尚少。本文对短肢剪力墙结构中破坏比较严重的长肢一字形截面柱进行了试验研究及理论分析,具体内容如下:
1.对1/2缩尺的4个长肢一字形截面柱模型进行了低周反复荷载下的抗震性能试验研究,其构件的配筋分为按柱配筋和按墙配筋两种型式,各柱的轴压比均为0.2。通过试验研究,重点分析了不同墙肢截面高厚比、不同配筋型式的长肢一字形截面柱的承载力、刚度及其衰减过程、延性、滞回特性、耗能能力和破坏特征。
2.建立了长肢一字形截面柱的承载力及刚度计算模型,对其极限承载力和刚度进行了计算,计算结果与试验结果吻合较好。并进一步对不同轴压比、不同墙肢截面高厚比、不同配筋型式的长肢一字形截面柱的极限承载力进行了计算分析,研究了承载力随设计参数变化的规律。
3.用ANSYS有限元分析程序对长肢一字形截面柱进行了弹塑性分析,计算结果与实测结果吻合较好。
4.建立了恢复力模型,用DRAIN2D+程序,对按柱配筋和按墙配筋的长肢一字形截面柱结构进行了弹塑性时程地震反应分析,分析了其受力特点。
5.提出了长肢一字形截面柱抗震设计的建议。
研究表明:对长肢柱,按柱配筋的构件极限承载力比按墙配筋的极限承载力有相应的提高;按柱配筋的构件整体耗能能力较强,有利于抗震;在配筋率相同的情况下,长肢一字形截面柱的承载力随着墙肢截面高厚比的增大而提高,但其弹塑性变形能力却相应下降;长肢一字形截面柱的承载力随着轴压比的增大而提高,但延性相应降低。长肢一字形截面柱在合理配筋的条件下可提高抗震性能。