半刚接钢框架（柱弱轴）—内填RC剪力墙结构的滞回性能

论文摘要

钢框架-内填RC剪力墙结构体系（简称：SRCW）是一种组合结构体系。部分学者对此进行了相关性能试验研究，结果表明该结构体系具有较好的抗震性能，在地震区具有良好的工程应用前景。我国规范对该结构体系的相关规定基本空白，结合国内的实际情况，对SRCW结构体系在循环荷载作用下的滞回性能的研究，不仅有理论意义，而且有工程价值。本文选择研究较少的半刚性连接钢框架（柱弱轴）-RC剪力墙结构作为研究重点。基于国际上对SRCW结构体系的研究成果，结合我国相关结构设计规范对试件原结构进行设计，并根据相关理论建立试件模型，对试件模型进行循环荷载下的试验研究，了解试件结构的滞回性能。试验结果表明半刚性连接钢框架（柱弱轴）-内填RC剪力墙结构具有足够的抵抗水平荷载作用的强度和抗侧移刚度。钢框架和RC剪力墙通过连接面剪力钉组合成整体协同工作，发挥了组合结构体系的特性。在设计荷载范围内，SRCW结构体系的总水平荷载的80％由RC剪力墙承担，而总倾覆弯矩的80％由钢框架承担。对本文研究的SRCW结构体系的极限承载能力主要影响因素有：钢框架柱与RC剪力墙中的外围暗柱暗梁形成的组合效应、钢框架柱弱轴与梁的半刚性连接方式、剪力钉的延性、RC剪力墙的外围暗柱和暗梁钢筋笼的连接、混凝土材性和RC剪力墙的配筋率等。基于目前研究成果并结合本文试验结论，建立了结构的塑性破坏机构模型。由于SRCW结构体系为一种组合结构体系，其组合作用复杂，加上混凝土结构材料的特性，导致其在循环荷载下的数值模拟软件开发难度较大，到目前为此尚未有这方面的数值模拟软件。本文结合钢结构、混凝土结构和连接接触等问题的有限元理论，实现了SRCW结构滞回性能的数值模拟，并将数值模拟结果与试验分析结果进行了对比，结果基本吻合，验证了数值模拟程序的合理性。同时根据SRCW结构设计参数变化设计了系列试件，分别进行有限元模拟，分析各结构设计参数对结构滞回性能和破坏机理的影响。最后结合程序编制过程中的认识提出了程序存在的不足和混凝土理论存在的问题以及进一步研究的建议，为SRCW结构、混凝土结构滞回性能的数值模提供了一定的基础。本文系统、全面地分析了半刚性连接钢框架（柱弱轴）-内填RC剪力墙结构在循环荷载作用下的滞回性能。对于修订国家相关规范、指导工程设计有重要的参考价值，也为进一步研究SRCW结构体系的抗震性能打下良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 SRCW结构的特点
• 1.3 SRCW结构体系的研究状况
• 1.3.1 SRCW结构体系的抗震性能试验
• 1.3.2 SRCW结构体系的分析方法
• 1.3.3 SRCW结构体系数值模拟
• 1.3.4 SRCW结构体系研究有待解决的问题
• 1.4 本文的研究工作
• 参考文献
• 2 试件模型的原结构设计
• 2.1 试件模型的原结构方案
• 2.2 原结构设计
• 2.2.1 结构荷载取值
• 2.2.2 结构荷载设计值
• 2.2.3 试件模型的原结构分析与设计
• 参考文献
• 3 SRCW试件模型试验
• 3.1 试验目的
• 3.2 试件设计
• 3.2.1 试件尺寸
• 3.2.2 梁柱连接节点设计
• 3.2.3 连接面上抗剪剪力钉设计
• 3.2.4 RC剪力墙钢筋的设计
• 3.3 材性试验
• 3.3.1 钢材材性
• 3.3.2 混凝土材性
• 3.3.3 钢筋材性
• 3.3.4 剪力钉材性
• 3.4 仪表和应变片布置
• 3.4.1 整体性能仪表
• 3.4.2 钢柱上应变片
• 3.4.3 内填RC剪力墙的仪表和应变片
• 3.4.4 连接面粘接滑移仪表
• 3.4.5 连接面部位剪力钉上的应变片
• 3.4.6 半刚性节点部位的仪表和应变片
• 3.5 加载方案
• 3.6 试验
• 参考文献
• 4 半刚性连接（柱弱轴）SRCW结构试验结果分析
• 4.1 半刚性连接（柱弱轴）SRCW结构试件整体性能
• 4.1.1 试验过程描述
• 4.1.2 试件结构的强度和刚度
• 4.1.3 RC剪力墙混凝土的开裂与压溃
• 4.1.4 钢框架的屈服
• 4.1.5 试件延性和耗能性能
• 4.2 钢框架和RC剪力墙的局部反应
• 4.2.1 钢框架的受力变形规律
• 4.2.2 RC剪力墙的变形规律
• 4.3 钢框架与RC剪力墙连接界面剪力钉的力学性能
• 4.3.1 剪力钉的变形规律
• 4.3.2 中梁连接面上的分离与滑移
• 4.4 本文试件SRCW结构的整体受力机理和破坏模态分析
• 4.4.1 本文试件的整体受力机理
• 4.4.2 本文试验试件的破坏模态
• 参考文献
• 5 试件模型的塑性机构分析
• 5.1 塑性破坏机构模型的介绍
• 5.2 本文试件结构的塑性破坏机构的建立与分析
• 参考文献
• 6 SRCW结构非线性有限元程序编制
• 6.1 SRCW结构非线性有限元基础
• 6.1.1 非线性问题及解法
• 6.1.2 材料的本构关系（平面应力问题）
• 6.2 本文非线性程序的开发
• 6.2.1 本文数值模拟处理
• 6.2.2 SRCW结构数值模拟分析过程
• 6.2.3 SRCW结构数值模拟程序流程图
• 参考文献
• 7 有限元程序计算与分析
• 7.1 本文试件有限元模型的建立
• 7.1.1 计算模型的建立
• 7.1.2 材性指标
• 7.2 本文试件有限元计算结果与试验对比
• 7.2.1 结构荷载位移滞回曲线
• 7.2.2 结构整体水平刚度
• 7.2.3 RC墙裂缝发展与结构破坏模式
• 7.2.4 结构内力分配
• 7.3 半刚接钢框架（柱弱轴）-内填RC剪力墙的有限元分析
• 7.3.1 试件描述
• 7.3.2 有限元计算结果分析
• 7.3.3 有限元计算结果分析总结
• 7.4 本文有限元程序存在的不足和深化研究建议
• 8 结论和建议
• 8.1 结论
• 8.1.1 试验研究得到的结论
• 8.1.2 塑性破坏机构分析结果
• 8.1.3 有限元程序分析结论
• 8.2 建议
• 8.3 后继工作
• 致谢
• 攻读博士学位期间论文发表及科研情况