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短肢剪力墙结构体系作为一种新型的结构体系,己在小高层住宅建设中获得较广泛的应用。但是普通钢筋混凝土短肢剪力墙的延性相对较差,致使它在抗震结构中的应用受到一定限制。本文在短肢剪力墙中配置型钢斜撑和型钢暗柱,由此构成的这种新型结构有钢筋混凝土短肢剪力墙结构的特点之外,同时具有钢-混凝土组合结构的优点。目前,国内外对钢-混凝土组合短肢剪力墙的抗震理论研究、分析方法以及抗震设计规范都不够完善,因此开展对钢-混凝土组合剪力墙的深入研究成为工程亟需。
本文在同一课题组已完成试验研究成果的基础上,采用通用有限元软件ABAQUS对内置斜撑的型钢混凝土短肢剪力墙在低周反复水平荷载下作用和单调水平荷载作用下的受力性能进行非线性分析。主要工作有:
1、对钢-混凝土组合剪力墙结构的研究现状进行了综述,并介绍了通用有限元软件ABAQUS,对所采用的混凝土损伤塑性模型进行了分析。
2、采用通用有限元软件ABAQUS,建立与试验一致的内置斜撑的型钢混凝土短肢剪力墙试件在低周反复荷载下的三维非线性有限元分析模型,在分析论证的基础上合理选用材料本构和损伤本构模型。
3、对应于试验研究,本文对同样的4个试件进行了低周反复水平荷载作用下的非线性有限元分析,从破坏过程、滞回性能、承载能力、刚度退化、延性等方面进行了详细的分析。
4、利用已经校验过的模型,对在单调水平荷载下轴压比和剪跨比对内置斜撑的型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能的影响进行了研究。
研究获得了以下的主要结论:
1、仿真分析得到的型钢混凝土短肢剪力墙试件的滞回曲线呈较丰满的梭形,耗能性能良好。其中,设置斜撑试件的滞回曲线相对更为饱满。
2、各试件的骨架曲线以及特征荷载和特征位移与试验成果吻合较好。可见所采用的计算模型是可行的。
3、对比分析有、无斜撑以及加密扁钢间距的计算成果可知:(1)设置斜撑或扁钢间距加密后,试件的特征荷载均有不同程度的提高,其中前者的提高幅度要大于后者。而增加斜撑层数对提高极限荷载的影响较小。(2)设置斜撑或扁钢间距加密后,试件的极限位移和破坏位移的提高程度显著。而增加斜撑层数对极限位移和破坏位移的影响更为显著。(3)斜撑层数的增多以及扁钢间距加密对试件的延性均有不同程度的提高,其中以斜撑层数的提高更为显著。
4、随着轴压比的增大,试件的荷载-位移曲线峰值增大,特征荷载增大,试件的承载力提高。同时曲线下降段变陡,特征位移减小,延性降低。
5、随着剪跨比的减小,试件刚度增大,极限承载力也增大,但达到极限荷载后,强度退化速度明显加快,极限位移和破坏位移减小,延性降低。
6、在高轴压比(n=0.7)以及较小剪跨比(λ=1.5)情况下,内置斜撑的型钢混凝土短肢剪力墙获得了大于3.0的延性系数,表现出较好的延性。