双钢板混凝土剪力墙基于性能的变形指标限值及损伤研究

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基于性能的抗震设计要求设计的结构构件在地震作用下能够保持原有的性能水平。现行规范中“三水准、两阶段”的设计原则主要以承载力验算为主,以此来对构件的性能水平进行判断,但是规范中并未明确给出构件在各性能状态下的变形限值。随着超高层建筑的快速发展,双钢板混凝土剪力墙以其优良的抗震性能、较高承载能力与较小截面尺寸等特点而被广泛应用。国内外目前相关研究主要集中于承载能力和抗震性能,而对其基于变形与损伤的抗震性能评估的研究较少,因此有必要对双钢板混凝土剪力墙基于性能的变形指标限值与损伤指标进行研究。本文的主要研究内容为:(1)基于ABAQUS与Open Sees有限元软件,分别选取合适的材料本构模型、单元类型、部件之间的相互作用、加载方式及约束条件,对双钢板混凝土剪力墙进行有限元建模分析,并通过试验验证数值模型的合理性。(2)收集了31片双钢板混凝土剪力墙试验数据,分析了剪跨比、轴压比、边缘约束构件配钢率、边缘约束构件配筋率、墙身配钢率、弯剪比等因素对其破坏形态的影响。依照现行规范设计了432个双钢板混凝土剪力墙数值模型,综合试验与有限元结果,以剪跨比、轴压比、弯剪比为参数对双钢板混凝土剪力墙的破坏形态进行划分,给出了具体的划分标准。(3)基于材料应变来确定构件的各性能点,结合现有研究成果与双钢板混凝土剪力墙的特点,得到双钢板混凝土剪力墙性能状态划分标准。通过对宏观的位移-荷载曲线、位移角限值变化趋势进行分析,研究了各参数对双钢板混凝土剪力墙变形性能的影响。通过相关性分析和线性回归分析,提出了不同破坏形态下各性能状态位移角限值计算公式,给出了95%保证率下双钢板混凝土剪力墙各性能状态的位移角限值取值表。(4)基于Open Sees对破坏形态为弯曲控制的剪力墙进行有限元分析,分析各参数对剪力墙耗能能力的影响,计算修正后的Park-Ang损伤模型中的组合系数β,得到了适用于双钢板混凝土剪力墙基于变形和耗能双重准则的损伤模型;以正态分布作为分布密度函数来对双钢板混凝土剪力墙构件各损伤状态的累积概率密度进行拟合,得到了各损伤状态的概率密度模型参数,给出了95%保证率下破坏形态由弯曲控制的双钢板混凝土剪力墙的损伤指标区间建议值。
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