T形截面型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能数值分析及承载力研究

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短肢剪力墙布置的灵活性和形式的多样性使得其备受工程应用的青睐,其中T形截面为工程上常见的一种截面形式。型钢短肢剪力墙是一种在普通短肢剪力墙中内嵌型钢的新型短肢剪力墙,它能够有效的提高短肢剪力墙的承载力、延性等抗震性能。基于地震作用方向的随机性,T形截面型钢混凝土短肢剪力墙往往为复杂的空间受力,目前,国内外对空间受力的剪力墙抗震性能进行研究的报道不多。本文基于课题组的试验研究成果,采用数值分析的方法对该形式的短肢剪力墙的抗震性能进行深入的研究和探讨。本文采用有限元软件DIANA对空间受力试件的抗震性能进行数值模拟分析。首先,采用与试验成果进行对比校验的方法,根据试验参数和边界条件选用了合适的开裂模型和本构关系,确定了相适应的非线性分析模式和计算方法,建立了在低周反复荷载作用下型钢混凝土短肢剪力墙精确可靠的非线性有限元分析模型。其次,基于所建立的精细化有限元模型对该类型剪力墙进行了拓展参数分析,研究了水平力的作用角度、轴压比、剪跨比和配筋形式等因素对T形截面型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能的影响规律。加载方向按与腹板对称轴夹角在0到90度范围内以每增加10度为一级,共10个角度方向,连同考虑了3种轴压比、2种剪跨比和2种配筋形式的影响,共分析计算了90个模拟试件的承载力。最后对T形截面型钢混凝土短肢剪力墙正截面承载力计算进行了研究,基于试验成果和有限元的计算结果推导了正截面承载力的简化计算模型,给出了该类型短肢剪力墙各向加载条件下承载力的建议计算公式。研究取得了以下主要的结论:(1)选用弥散开裂模型中总应变旋转裂缝模型描述混凝土的开裂行为,选用抛物线形应力-应变关系作为混凝土受压本构关系,选用分段直线应力-应变关系作为混凝土受拉本构关系,且分别选用二折线和三折线作为钢筋和型钢的本构关系,这能够很好的拟合试件在低周反复荷载作用下的滞回性能,特别是体现出了试件的损伤累积和捏拢效应。(2)选用割线(Secant)法作为迭代计算方式能有效避免计算过程中出现负刚度而造成计算困难,利于对骨架曲线的下降段进行模拟。(3)加载角度在0-60度范围内,试件能保持较高的峰值荷载,当加载角度大于70度时,试件峰值荷载下降显著。当轴压比在0.1~0.25范围内时,各加载方向的峰值荷载都随轴压比的增大而增大,而随着剪跨比的增大峰值荷载明显降低,腹板和翼缘交接处配置型钢可以显著提高试件的峰值荷载,尤其是对加载范围在30~50度内的受力性能提高显著。(4)拟合得出的T形截面SRC短肢剪力墙承载力计算公式能较准确计算出本文所述配筋形式下各加载角度、剪跨比和轴压比条件下的承载力值,是适用于该类SRC剪力墙的可行的简化计算方法。
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