框支短肢剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

论文摘要

如今,在实际工程中,框支短肢剪力墙结构转换体系得到了广泛的应用,但其理论研究还不成熟。同时由于短肢剪力墙数量多以及建筑功能的要求,不可避免地出现短肢剪力墙完全由转换梁承担的情况。本文通过对两榀短肢剪力墙位于转换梁中部加腋式和斜柱式转换结构进行拟静力试验,观察记录不同结构转换形式下构件的开裂、屈服,同时测定构件转换梁的位移和薄弱处钢筋的应变,从而获得构件的基本受力规律。在此基础上,对比分析了两种不同结构转换形式的P-Δ滞回曲线、结构承载能力退化规律、结构刚度退化规律、结构弹塑性变形及延性、以及结构的破坏特征和破坏机制。分析表明不同的结构转换形式对结构抗震性能有较大的影响。加腋式转换结构在荷载作用下,耗能部位位于洞口下方转换梁,而斜柱式转换结构的主要耗能部位位于中间墙肢下方。本文在试验的基础上,利用ANSYS软件对结构进行了有限元非线性分析,并将分析所得结果与试验结果进行对比,结果表明在所加荷载范围内,分析结果与试验结果吻合良好。然后以此种计算参数和分析模型为基准,进行进一步的分析。重点分析了剪力墙位于转换梁中部加腋式转换结构和斜柱式转换结构中间剪力墙所承受的剪力。本文最后,利用有限元分析所得到的主应力矢量图并结合实际试验中结构的破坏模式,分析了不同结构转换形式在竖向荷载和水平荷载作用下主应力的传递,并简略分析了各种结构转换形式的破坏特征。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 框支短肢剪力墙的特点
• 1.2.1 短肢剪力墙的特点
• 1.2.2 框支短肢剪力墙结构的特点
• 1.2.3 转换层主要结构类型及特点
• 1.3 框支短肢剪力墙的研究现状
• 1.3.1 转换层研究现状
• 1.3.2 短肢剪力墙结构的研究现状
• 1.3.3 框支短肢剪力墙结构的研究现状
• 1.4 斜柱转换的工程应用及研究现状
• 1.5 本文的研究背景和内容
• 1.5.1 本文的研究背景
• 1.5.2 本文研究内容
• 2 试件总体方案设计
• 2.1 基于有限元分析的目的和方法
• 2.1.1 分析目的
• 2.1.2 分析软件的选择
• 2.1.3 有限元模型的建立
• 2.1.4 单元类型的选择与网格划分
• 2.1.5 边界条件和荷载取值
• 2.2 试件内力计算及配筋
• 2.3 试验加载方式和测试内容
• 2.3.1 加载方式
• 2.3.2 试验加载程序
• 2.3.3 量测内容
• 2.3.4 数据的采集
• 2.4 试件W11-1、W11-4 相关图表
• 2.5 材料的力学性能
• 2.5.1 混凝土力学性能
• 2.5.2 钢筋力学性能
• 3 试验现象描述
• 3.1 引言
• 3.2 试验现象的描述
• 3.2.1 施加竖向荷载
• 3.2.2 1Δy 循环过程
• 3.2.3 2Δy 循环过程
• 3.2.4 3Δy 循环过程
• 3.2.5 4Δy 循环过程
• 3.2.6 5Δy 循环过程
• 3.3 试验现象小结
• 4 试验结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 应变片的位置
• 4.3 转换梁钢筋应变分析
• 4.3.1 转换梁纵筋应变分析
• 4.3.2 转换梁箍筋应变分析
• 4.4 短肢剪力墙钢筋应变分析
• 4.4.1 短肢剪力墙竖向钢筋应分分析
• 4.4.2 短肢剪力墙水平筋应变分析
• 4.5 开裂荷载、屈服荷载、极限承载力及强屈比
• 4.6 滞回曲线分析
• 4.7 刚度退化分析
• 4.7.1 骨架曲线分析
• 4.7.2 刚度退化分析
• 4.8 弹塑性变形及延性分析
• 4.9 构件破坏特征
• 4.10 本章小结
• 5 非线性有限元分析
• 5.1 有限元分析的必要性
• 5.2 有限单元模型和单元的选取
• 5.2.1 几何模型的建立
• 5.2.2 参数的选取
• 5.2.3 模型网格的划分
• 5.3 有限元模型分析结果与试验结果的比较
• 5.3.1 试验裂缝对比分析
• 5.3.2 钢筋应力的对比分析
• 5.4 剪力墙位于转换梁中部转换梁高度对试验结果的影响
• 5.4.1 转换梁高度的改变对转换梁纵筋的影响
• 5.4.2 转换梁高度的改变对斜柱支撑力的影响
• 5.4.3 转换梁高度对中间墙肢受压的影响
• 5.4.4 坚向荷载与水平荷载共同作用下斜柱受力
• 5.4.5 竖向与水平荷载作用下剪力墙承受剪力
• 5.4.6 构件的Von Mises 应力分布
• 5.5 墙肢由框支柱支撑斜柱式转换结构有限元分析
• 5.5.1 竖向荷载下转换梁纵筋的影响
• 5.5.2 竖向荷载与水平荷载下转换梁纵筋应力
• 5.5.3 竖向荷载作用下斜柱受力比较
• 5.5.4 水平荷载下斜柱受力
• 5.5.5 构件的Von Mises 应力分布
• 5.6 剪力墙位于转换梁中间梁式转换结构有限元分析
• 5.6.1 竖向荷载作用下转换梁纵筋应力
• 5.6.2 竖向及水平荷载作用下转换梁纵筋应变
• 5.6.3 竖向及水平荷载荷载共同作用下剪力墙承受剪力
• 5.6.4 构件的Von Mises 应力分布
• 5.7 本章小结
• 6 各种形式转换结构受力对比分析
• 6.1 剪力墙位于转换梁中部斜柱式转换结构
• 6.1.1 竖向荷载下受力分析
• 6.1.2 竖向荷载和水平荷载共同作用下受力分析
• 6.2 剪力墙由框支柱承担斜柱式转换结构
• 6.2.1 竖向荷载作用下受力分析
• 6.2.2 竖向荷载与水平荷载共同用构件受力分析
• 6.3 剪力墙位于转换梁中间梁式转换结构
• 6.3.1 竖向荷载作用下受力分析
• 6.3.2 竖向及水平荷载作用下结构受力分析
• 6.4 剪力墙由框支柱承担梁式转换结构
• 6.4.1 竖向荷载作用下受力分析
• 6.4.2 竖向及水平荷载共同作用下受力分析
• 6.5 本章小结
• 7 结语
• 7.1 本文所完成的研究内容
• 7.2 主要结论
• 7.3 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录