钢管高强混凝土剪力墙-板节点抗震性能试验研究

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混凝土板-剪力墙结构是一种用平板楼盖代替梁板楼板的结构体系,这种结构体系有利于增加楼层净高和提高施工效率,便于工业化生产,满足我国建筑工业化的要求。传统的板墙结构体系在地震作用下延性差,抗震能力不足,为解决这个问题,课题组基于对承载力高、刚度大、延性好的钢管高强混凝土剪力墙的研究基础上,提出一种新型的“钢管高强混凝土剪力墙-板高层结构”体系,现已通过振动台试验和理论研究证明这种结构体系具有良好的抗震性能,并且可以应用在高层和超高层建筑结构上。在振动台试验中,结构的损伤破坏多发生在剪力墙-板节点处,有必要对节点处进行加强处理。为了推动钢管高强混凝土剪力墙-板结构在高层和超高层建筑结构中的应用,提高节点处的承载力和抗震性能,填补这种结构体系节点构造方面的设计空白,本文设计并提出了两种节点构造形式,并通过低周往复加载试验和数值模拟分析证明其可行性。主要的研究工作和结论如下:1)基于节点处剪力墙内的钢管阻挡了楼板的双层双向钢筋通过的特点,设计并提出了两种节点构造形式:楼板钢筋锚固环构造和楼板钢筋直锚构造。2)设计了4个钢管高强混凝土剪力墙-板节点试件并进行了低周往复加载试验研究,主要的考察参数包括节点构造形式和节点所在的剪力墙位置,得到了节点试件在低周往复荷载下的开裂、屈服、峰值承载力、破坏的过程与破坏形态,此外还研究了节点变形能力、刚度退化、耗能能力等关键性能指标。结果表明:4个试件的破坏形态主要为弯曲破坏,本文提出的两种构造在整个加载过程中没有失效,传力锚固可靠,钢管高强混凝土剪力墙-板节点延性与抗震能力较好,具有可靠性。3)分析了构造区域的钢筋应变变化规律。楼板钢筋锚固环构造:楼板“U”型钢筋的应变增长在试件屈服之前稍微滞后于相邻钢筋,但能在试件屈服前达到屈服;钢筋锚固环的传力路径明确,具有良好的锚固传力作用。楼板钢筋直锚构造:楼板直锚钢筋的应变增长领先或持平于相邻钢筋,能在试件屈服前达到屈服,伸进剪力墙25倍钢筋直径位置的应变较小,锚固和传力直接可靠。两种节点构造的钢筋均能够发挥与相邻楼板钢筋相近的工作性能。4)对比节点所采用的两种构造,从传力锚固的角度看,楼板钢筋直锚构造的传力锚固更直接;从节点耗能的角度看,楼板钢筋锚固环构造在延缓节点破坏的能力方面更强。5)对比节点所在的两种剪力墙位置,采用相同节点构造时,节点试件在T字型剪力墙上的抗震性能强于在一字型剪力墙上。6)在试验的基础上,利用ABAQUS分析软件建立钢管高强混凝土剪力墙-板节点模型,对模型进行了数值模拟分析,并结合试验结果进行对比分析。分析结果表明:有限元数值模拟分析结果与试验结果较为吻合,可以为工程实际应用的设计和研究提供参考。
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