混合联肢部分外包组合剪力墙滞回性能研究

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混合联肢部分外包组合剪力墙(Hybrid Coupled Partially Encased Composite Shear Wall,以下简称混合联肢PEC剪力墙)由钢连梁和部分外包组合剪力墙(Partially Encased Composite Shear Wall,以下简称 PEC 剪力墙)组成。该结构充分利用钢连梁和PEC剪力墙稳定的耗能能力,在小震作用下整体结构保持弹性,在中震及大震作用下钢连梁与PEC剪力墙相继进入塑性耗能,是一种抗震性能优良的双重耗能结构体系,克服了普通联肢剪力墙结构在地震作用下墙肢底部及混凝土连梁易发生脆性破坏的缺陷。采用试验研究和有限元分析相结合的方法对混合联肢PEC剪力墙结构的滞回性能进行研究,基于研究结果提出了混合联肢PEC剪力墙压弯承载力计算公式,为工程设计提供依据。本文以实际工程中的一片混合联肢PEC剪力墙为原型,按2/3缩尺比例制作试验试件,并对其进行低周往复加载试验,得到了试件在往复荷载作用下的破坏过程和破坏形态。通过分析滞回曲线、骨架曲线和应变数据,研究了试件的水平承载力、延性及耗能能力。结果表明,混合联肢PEC剪力墙的滞回曲线饱满,无明显的捏拢及滑移现象,应力发展过程可分为弹性阶段、塑性发展阶段和破坏阶段。加载初期,连梁发挥联肢作用,约束两片墙肢共同工作,裂缝最早出现在墙肢底部;随着位移的增加,连梁开始屈服耗能;当连梁大面积屈服形成塑性铰以后,连梁对于墙肢的约束作用开始减弱,两片墙肢倾向于按照单独的悬臂剪力墙模式工作,受拉区混凝土裂缝宽度增加,翼缘板撕裂;受压区混凝土压碎,腹板屈曲,试件破坏。采用有限元软件ABAQUS对混合联肢PEC剪力墙试件进行拟静力分析。通过对比有限元分析与试验所得数据,验证了精细化有限元分析方法的适用性和准确性。共建立8个有限元模型,分析了耦连比CR和轴压比n对混合联肢PEC剪力墙滞回性能的影响。结果表明,耦连比的大小决定着混合联肢PEC剪力墙的工作模式和屈服机制,过低的耦连比(CR<45%)会导致混合联肢PEC剪力墙整体刚度偏小,连梁在较小的位移下发生屈服,结构层间侧移较大;过高的耦连比(CR>60%)使得墙肢轴力过大,在地震作用下墙肢易发生脆性破坏;在45%至60%的范围内改变耦连比,模型的承载力和初始刚度随着耦连比的增大而增大,耗能能力无显著变化,可以实现“先连梁、后墙肢”屈服的双重防线机制。轴压比增大,模型的水平峰值承载力增大,峰值位移减小,刚度退化速率加快,延性和耗能能力明显降低,过大的轴压比亦会使墙肢发生小偏压破坏,结合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中剪力墙轴压比限值的规定,建议混合联肢PEC剪力墙在7、8度抗震设防时,轴压比不应大于0.5。基于试验与有限元参数分析的结果,参考《组合结构设计规范》(JGJ138-2016)中钢板混凝土剪力墙承载力计算公式,提出了混合联肢PEC剪力墙压弯承载力计算公式,理论计算承载力比试验值高1.53%,与试验结果吻合良好,可为混合联肢PEC剪力墙的工程设计提供参考。
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