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短肢剪力墙结构体系作为一种新型的高层结构体系,其在结构性能方面既具有框架和剪力墙结构的双重特点,又有区别于框架和剪力墙的许多新特点。针对短肢剪力墙抗震性能相对较弱的缺点,本文开展了旨在提高其承载力和耗能特性的研究工作。首先对短肢剪力墙边缘构件引入了新型的格构式配钢方式,并且施加横向预应力,以使剪力墙边缘构件核心区的混凝土在竖向荷载作用下处于双向甚至三向夺的受压状态,提高剪力墙的延性,并开展了该新型的预应力短肢剪力墙试件的试验研究工作。试验研究工作已由课题组其他成员来主要完成,作者参与了部分试验研究工作。本文的主要工作是采用计算机仿真的方法,对预应力型钢混凝土短肢剪力墙在低周反复水平荷载下的抗震性能进行理论模拟分析。分析采用的剪力墙结构的尺寸、配钢与试验试件的完全相同。主要工作有:(1)建立了预应力型钢混凝土短肢剪力墙结构的合理的三维非线性有限元分析模型,根据结构模型的具体情况选用合理的本构模型。(2)通过非线性分析,获得结构在各级加载条件下的内力分布规律,对预应力型钢短肢混凝土剪力墙构件在反复荷载作用下的受力特性及破坏机理进行了深入分析。(3)通过非线性分析,获得构件的荷载-位移滞回曲线,建立骨架曲线,并与试验结果进行对比,分析结构的耗能特性。(4)通过对相同轴压比情况下,施加不同预应力大小的型钢短肢混凝土剪力墙构件的计算分析,研究施加的预应力的大小对构件承载力和抗震性能的影响。(5)通过对不同轴压比情况下预应力型钢混凝土短肢剪力墙构件有限元计算结果的分析,研究轴压比对构件承载力和抗震性能的影响。
研究表明:(1)有限元理论模型计算试件的刚度和屈服荷载、极限荷载接近或大于试验值。(2)预应力型钢混凝土短肢剪力墙试件有限元模拟滞回曲线呈梭形,较为饱满,没有明显的捏拢现象。(3)相同轴压比,施加不同预应力情况下:施加了预应力的型钢混凝土短肢剪力墙试件的滞回曲线明显比普通型钢混凝土短肢剪力墙试件饱满,抗震耗能能力强,而且预应力值越大,滞回曲线相对越饱满,抗震耗能能力越强;预应力型钢混凝土短肢剪力墙试件的特征荷载、刚度、延性比普通型钢混凝土短肢剪力墙试件大,并且随着施加预应力值的增大,特征荷载、刚度、延性有一定提高。(4)不同轴压比,施加相同预应力情况下:随着轴压比的增大,滞回曲线的饱满程度降低,滞回环所包围的面积明显减小,耗能能力下降;随着轴压比的增大,特征荷载、弹性阶段刚度相应增大,荷载达到峰值后的滞回曲线下降坡段陡峭,强度和刚度退化速度加快;随着轴压比的增大,破坏位移减小,屈服位移变化较小,位移延性系数减小。