双钢板-混凝土L形短肢剪力墙抗震性能数值模拟分析

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随着高层及超高层建筑的不断发展,双钢板-混凝土组合剪力墙已在工程中得到广泛使用。为提高短肢剪力墙的抗震性能,采用双钢板-混凝土组合短肢剪力墙是一种有效途径。组合短肢剪力墙的混凝土处于核心位置,钢板位于混凝土两侧对其进行约束,钢板和混凝土通过栓钉等连接实现两者协同工作。组合短肢剪力墙具有抗侧刚度好、自重轻、节省空间等优点,常见截面形式有一字形、T形和L形。L形截面剪力墙常用于建筑物拐角处,鉴于目前国内外学者对L形组合短肢剪力墙抗震性能的研究较少,本文主要以L形组合短肢剪力墙为研究对象,开展了以下研究工作:(1)利用ABAQUS有限元软件建立了一字形双钢板-混凝土短肢剪力墙有限元模型,并将模拟所得骨架曲线与破坏形态和文献试验所得结果进行对比。在单调加载和循环加载两种情况下,模拟所得峰值荷载、屈服荷载与试验结果相比,误差在5%范围内。模拟所得骨架曲线与试验曲线基本一致,破坏形态与试验结果吻合良好,表明有限元模型能够较客观地模拟构件的受力性能,可用于后续的参数化模拟分析。(2)对普通钢筋混凝土短肢剪力墙和组合短肢剪力墙的力学性能进行了对比研究。在相同截面尺寸条件下,双钢板-混凝土短肢组合剪力墙的抗震性能有明显提高。增加双钢板可加强对混凝土的约束作用,改善短肢剪力墙的承载能力、变形能力和耗能能力。(3)通过改变L形双钢板-混凝土短肢剪力墙的设计参数及构造措施,研究了不同参数及构造措施对组合短肢剪力墙的抗震性能影响。结果表明:轴压比、混凝土强度、钢板厚度等设计参数对剪力墙受力性能影响较大,耗能能力和延性与轴压比成负相关,当轴压比为0.4时构件的承载能力最大,轴压比大于0.4以后逐步降低;构件的承载能力与混凝土强度成正相关,耗能及延性与混凝土强度成负相关;增大钢板厚度、加密栓钉、设置内置桁架和边缘暗柱都可以改善剪力墙的承载能力、耗能能力和变形能力,尤其是内置桁架中竖向劲板构造对该类组合墙抗震性能影响显著。混凝土强度、栓钉构造、轴压比和内置桁架构造对组合短肢剪力墙刚度退化影响微弱,构件的初始刚度与钢板厚度成正相关,在端部设置暗柱构造对组合短肢剪力墙的刚度退化影响明显。(4)在相关文献公式的基础上,考虑钢板实际受压区高度并引入翼缘修正系数,建立了 L形双钢板-混凝土组合短肢剪力墙的正截面和斜截面承载力计算公式。利用所建立公式计算出的抗弯、抗剪承载力,与有限元模拟结果的差值在10%以内,具有较好的参考价值。
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