核电低矮剪力墙抗震性能试验及数值模拟分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangyuwu21
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发展高水平、高安全性的核电能够缓解我国人均能源不足的现状,并有助于实现我国“2030年碳达峰、2060年碳中和”的减排目标。由于核电厂事故的后果往往是灾难性的,其安全性一直受到各国的高度重视。剪力墙构件作为核电厂房结构中主要的抗侧力体系,具有高抗剪、抗弯刚度,能够减小建筑物的层间位移变形,从而减少地震灾害中结构和非结构构件的破坏。核岛厂房的进深、开间的设计需求大,采用的剪力墙为低矮剪力墙(高宽比小于1.5)。不同于大高宽比的剪力墙,低矮剪力墙在具有抗剪承载力更高、刚度更大等优势的同时,也存在以剪切破坏分量增加、主斜裂缝延伸、剪压区失效的脆性破坏模式,其应力发展状态及薄弱区失效与常规墙区别较大。因此,需要对核电低矮剪力墙的抗震性能进行深入研究,并基于性能分析提出抗剪设计方法。本文设计制作了10片缩尺比例为1:2.7的钢筋混凝土低矮剪力墙,以剪跨比(0.5、0.4、0.3)、轴压比(0.3、0.2、0.1)和钢筋的配筋率(1.2%、1.6%、2.4%)作为主要参数,研究了低矮剪力墙在低周反复荷载作用下的应力与变形,分析了结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、耗能能力以及最大裂缝宽度6项性能指标,并对比分析了高宽比、轴压比以及配筋率的大小对剪力墙性能的影响。结果表明:在其他试验参数相同的情况下,核电剪力墙的高宽比越大,试件刚度越小,承载力降低,极限位移值减小;轴压比越大,则试件刚度越大,耗能能力较差,破坏偏于脆性破坏,滞回曲线有明显的捏缩效应;配筋率的增加可使墙体的刚度和承载力都得到提高,试件具有更好的延性,裂缝开展更加充分。利用ABAQUS软件建立了10片核电低矮剪力墙的非线性分析模型,得到了其在低周往复荷载下的滞回关系、不同加载状态下混凝土拉压损伤云图以及钢筋Mise应力图。通过对比分析,模拟滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好,关键性能点差异较小,数值模拟可以很好地反映核电剪力墙的应力-应变发展状况,能够为丰富扩充数据组提供方法支撑。对比分析了各国规范中存在的条件性假设以及参数缺陷,比较规范计算方法与拟静力试验得到的抗剪承载力的差异,分析表明ASCE规范吻合度相对较高,但是参数针对性不足。结合模拟扩充的核电低矮剪力墙破坏数据,以改进ASCE核电规范的公式为基本形式,确定各参数的影响系数,完成多元非线性回归分析,提出了低矮剪力墙抗剪承载力公式。
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