带防护层装配式双钢板混凝土组合剪力墙抗冲击性能研究

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双钢板混凝土(SCS)组合剪力墙优越的抗震性能及抗冲击性能使其广泛的应用于超高层结构、防撞和防爆结构、核电结构、海上结构等,本课题基于SCS组合剪力墙优势,结合缓冲吸能设计理论和装配式理念,提出了一种抗冲击性能优良的带防护层装配式双钢板混凝土组合剪力墙(Prefabricated Protective Steel-Concrete Composite Shear Wall,简称PSC组合墙),PSC组合墙是在双钢板组合剪力墙腹侧增设吸能防护结构以提高在动态冲击作用下的墙体抗冲击能力,并于墙体上下端设置韧性装配连接结构,实现竖向装配。为论证PSC组合墙抗冲击性能相较于SCS组合墙的优越性,本文利用有限元分析和理论分析相结合的方式对全螺栓连接SCS组合墙及PSC组合墙抗冲击性能进行研究,本文主要研究内容如下:⑴首先介绍了SCS组合结构发展现状及冲击作用下结构响应,引出选题的目的及意义,结合夹层结构理念与装配式理念提出带防护层装配式双钢板混凝土组合剪力墙概念,并对课题的研究思路和研究方法进行了简述。⑵本文首先对全螺栓连接的SCS组合墙进行研究,利用已有试验验证了有限元模型的准确性,通过施加不同冲击能量、冲击质量的冲击荷载,得出墙体出平面最大位移及塑性位移变化规律及各部件吸能占比,并探究了轴压比对墙体冲击作用下动态响应的影响,对其破坏模式进行探究,为PSC组合墙研究流程绘出轮廓。⑶对PSC组合墙进行了设计,首先考虑抗侧力构件类型及抗剪连接件类型确定SCS组合墙最优抗冲击结构形式后作为PSC组合墙的主要承重构件,对比无缓冲吸能层的SCS组合墙、缓冲吸能层内置的SDC组合墙(Steel-Damping-Concrete Composite Wall),突出PSC组合墙体抗冲击性能的优越性,通过对比常用缓冲吸能材料应用于缓冲吸能层后墙体动态响应,最终确定选用泡沫铝材料作为缓冲吸能层材料,并设置PSC组合墙体构造使其实现快速装配、便捷更换缓冲吸能层等功能。⑷对PSC组合墙进行了墙体参数及荷载参数分析,其动力响应分为缓冲吸能层压缩变形阶段、主体结构局部变形阶段、整体变形阶段及回弹振动阶段。具体分析了内外钢板厚度、缓冲吸能层厚度及配置比例、混凝土厚度、对拉螺栓间距、冲击质量、冲击能量、轴压比等对墙体出平面位移、冲击力及各部件吸能占比的影响规律,并结合能量法与塑性铰线法提出了PSC组合墙抗冲击设计方法。
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