低周反复水平荷载作用下Z形截面柱受剪性能试验研究与有限元非线性分析

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Z形截面柱在我国住宅建筑中已有广泛应用,但目前对其受力性能研究还不够全面,研究成果也甚少。因此,工程界对Z形截面柱还没有统一的设计方法。本文针对Z形截面柱承受平行于腹板高度方向的低周反复水平荷载作用的受剪性能进行试验研究和理论分析,揭示了其受剪破坏机理和规律,提出了可供工程设计采用的抗剪承载力设计计算方法。首先,对Z形截面柱进行抗剪承载力试验,通过分析试验过程中构件裂缝的开展、破坏的形态等试验现象,探索了Z形截面柱受剪破坏机理及受剪破坏规律,得到Z形截面柱试件与矩形截面柱及其它类型的异形截面柱之间在延性性能方面的差别,并初步给出轴压比、配箍率以及腹板高厚比等对试件抗剪承载力的影响规律。然后,在试验结果基础上,对Z形截面柱进行非线性有限元计算,进一步比较分析轴压比、剪跨比、配箍率、腹板高厚比及位移加载角度等对Z形截面柱抗剪性能的影响。得到如下结论:Z形截面柱的破坏形态主要有压剪型、剪切—弯曲型及弯曲型三种,剪跨比是决定Z形截面柱破坏形态和延性性能的最主要影响因素,翼缘是承受平行于翼缘方向水平剪力的主要部件。最后,在试验数据以及有限元数值模拟的基础上,对Z形截面柱抗剪承载力计算方法进行研究,得到Z形截面柱抗剪承载力回归公式和可应用于工程设计使用的抗剪承载力计算公式,并给出若干工程设计建议,供工程设计人员参考。
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