型鋼高強混凝土短肢剪力墻抗震性能試驗及理論研究.pdf

1、短肢剪力墻是近年來在我國興起的一種新型抗側力構件，其墻肢截面的高度與厚度之比為5～8，是介于異形柱和剪力墻之間的一種過渡形式。由于短肢剪力墻截面形式多樣，具有空間布置靈活，建筑功能易滿足且造價低等優(yōu)點，在我國南方地區(qū)得到了廣泛應用，具有良好的市場應用前景。
　　與普通剪力墻相比，短肢剪力墻存在承載力偏低，抗側剛度和抗震性能不足等問題。我國行業(yè)標準對其抗震等級、軸壓比等方面采取了嚴格的限制，故該結構形式只適用于10～25層的高層住宅

2、中。如何突破短肢剪力墻的局限性，拓展其應用范圍，在我國具有重要的現實意義。
　　針對這一問題，提出了型鋼高強混凝土（Steel Reinforced High-strengthConcrete，SRHC）短肢剪力墻這一新型構件。型鋼高強混凝土短肢剪力墻指的是在短肢剪力墻中采用高強混凝土并配置型鋼，一方面采用高強混凝土提高短肢剪力墻的承載力，另一方面通過配置型鋼以獲取較好的抗震性能。可以預測，該新型結構將具有更廣闊的適用性和更好的社

3、會經濟效益。作為一種新的構件形式，其受力機理仍需通過試驗深入研究。
　　本課題以在使用上具有良好前景的SRHC短肢剪力墻為研究對象，采取試驗研究、理論分析和計算機仿真模擬分等研究手段，深入揭示這種新型抗側力構件的抗震性能，為進一步推廣短肢剪力墻結構做好理論基礎。
　　本文獲得的主要研究成果如下:
　　1.通過對6個一字形截面SRHC短肢剪力墻試件進行低周反復荷載試驗，研究不同配鋼形式、不同軸壓比的SRHC短肢剪力墻在壓

4、、彎、剪力共同作用下的破壞形式、承載能力、抗側剛度、延性、耗能能力等，深入了解該類型構件的受力機理并為后續(xù)研究提供數據支持。試驗結果表明:SRHC短肢剪力墻試件與普通鋼筋混凝土短肢剪力墻試件相比，承載能力得到了大幅度提高，而延性相當。格構式和實腹式SRHC短肢剪力墻的破壞過程相近，最終破壞形態(tài)為壓彎破壞。比較兩種配鋼形式的試件，相同軸壓比下，格構式SRHC短肢剪力墻的承載力較實腹式略高，但延性稍差。相對于格構式試件，實腹式試件的開裂和破

5、壞程度均較輕，強度和剛度退化曲線平緩，耗能能力較好。軸壓比對兩種配鋼形式SRHC短肢剪力墻的影響規(guī)律一致，即:隨著軸壓比提高，SRHC短肢剪力墻水平承載力提高，延性變差，極限位移角減小。本文實腹式SRHC短肢剪力墻試件通過在鋼板上開圓孔，使鋼板和混凝土能更好協(xié)同工作，可增強試件的整體性，效果良好，可供借鑒。
　　2.在對SRHC短肢剪力墻試件進行低周反復荷載試驗研究的基礎上，應用ABAQUS軟件，結合試驗數據分別對SRHC短肢剪力

6、墻試件和SRHC短肢剪力墻—連梁節(jié)點試件進行非線性有限元仿真分析和參數分析。有限元分析結果和試驗數據符合良好，驗證了本文有限元模型是合理有效的。結合有限元和試驗結果，對比兩種配鋼形式試件可知:實腹式試件延性較好，實腹鋼板應力分布較均勻合理，因此在保證型鋼和混凝土有效粘結力的前提下，實腹式試件受力性能優(yōu)于格構式試件。采用高強混凝土可顯著提高試件承載力，但高強混凝土的脆性特征可導致試件延性下降，對于 SRHC短肢剪力墻，本文建議采用強度為C

7、50～C60的混凝土以獲得較好的綜合性能。對SRHC短肢剪力墻—連梁節(jié)點的有限元分析表明:型鋼連梁試件較型鋼混凝土連梁試件延性好，而剛度和承載力略低;軸壓比對SRHC短肢剪力墻—連梁節(jié)點的影響規(guī)律與對普通鋼筋混凝土短肢剪力墻的基本一致，即隨著軸壓比的提高，SRHC短肢剪力墻節(jié)點的峰值承載力增加，而極限位移值減小，初始剛度略有增加。
　　3.結合對SRHC短肢剪力墻的試驗研究，在偏心受壓構件正截面承載力計算理論的基礎上，考慮墻肢兩端

8、型鋼、墻肢中部鋼板以及縱筋對承載力的貢獻，得到壓彎破壞的SRHC短肢剪力墻正截面承載力計算公式。本文所提出的SRHC短肢剪力墻承載力計算公式和試驗結果符合較好。
　　4.對現有的格構式SRHC短肢剪力墻試驗數據進行分析，通過對現有規(guī)范中型鋼剪力墻受剪承載力計算公式的修正，給出了SRHC短肢剪力墻受剪承載力計算公式，經與試驗結果對比表明，本章提出的公式具有較好的準確性。通過對實腹式SRHC短肢剪力墻的有限元分析，得出鋼板對試件斜截面

9、承載力貢獻量的計算值，經過回歸得出計算公式。本文有限元的分析結果可為試驗研究提供參考，為以后的進一步研究奠定基礎。
　　5.在低周反復荷載試驗的基礎上，建立了適合于SRHC短肢剪力墻并考慮剛度退化的四線型恢復力模型。通過數據分析和理論推導，擬合出對應骨架曲線各特征點參數和各階段剛度的計算公式，總結出相應的滯回規(guī)律。本文模擬的計算曲線與試驗曲線基本相符，能較好反映SRHC短肢剪力墻的滯回特性，可為該類型的結構體系的動力分析提供參考。