外置MRD高强筋材混凝土剪力墙拟静力性能仿真分析

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对于高层建筑或者超高层建筑,剪力墙具有较大的自重和抗侧刚度,是重要的抗侧力构件。但是在强震荷载作用下,剪力墙构件的地震反应剧烈,一旦破坏难以修复。普通钢筋混凝土剪力墙在震后虽然可能不会发生倒塌,但却会因为残余变形过大而失去修复的价值。因此,普通钢筋混凝土剪力墙在经济和抗震性能方面具有一定的局限性。近年来,结构抗震设计理论不断发展,抗震设计要求也逐渐提高,结构抗震技术逐渐向可恢复功能结构发展。为改善剪力墙的抗震性能,本文提出一种外置磁流变阻尼器(Magnetorheological damper,简称MRD)的高强筋材混凝土剪力墙,在剪力墙的边缘构件中配置CFRP筋或者钢绞线并在墙体上安装MRD,通过数值模拟对外置MRD的高强筋材混凝土剪力墙的抗震性能进行分析,并讨论研究了MRD的安装高度以及阻尼力大小对抗震性能的影响,最后通过理论分析得到剪力墙的主要破坏形式和正截面承载力。主要研究内容包括:(1)基于有限元软件ABAQUS分析了外置MRD的高强筋材混凝土剪力墙的滞回性能,对钢筋和混凝土之间的粘结-滑移的几种等效模拟方法进行比较分析以及混凝土塑性损伤模型(CDP模型)中不同参数的选择与计算方法进行比较。结果表明,采用CLOUGH本构刚度削弱的恢复力模型作为钢筋本构,按《混凝土结构设计规范》附录C.2中计算混凝土的应力-应变关系,混凝土损伤因子取值取在0.90-0.95之间较为合适,且受压损伤恢复系数cω取0.8。上述本构参数的选取方法能对剪力墙构件CFRPSW的抗震性能做出准确预测。(2)在低周往复荷载作用下外置MRD的高强筋材混凝土剪力墙的试验基础上,应用已验证的本构参数建立了3个剪力墙(CFRPSW、CFRPSW+MRD、SSW+MRD)的数值模型,对其施加低周往复荷载,从剪力墙的滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线、强度退化曲线、耗能能力以及损伤云图等方面与试验结果进行对比分析。分析结果表明:采用有限元软件ABAQUS和所建模型能够很好的模拟剪力墙在整个加载过程中的应力变化及破坏形态,可用于进一步的模拟分析。(3)针对影响外置MRD的高强筋材混凝土剪力墙抗震性能的关键因素,即MRD的安装高度和出力大小进行了参数化分析。研究结果表明,随着MRD安装高度的提高和阻尼力的增大,剪力墙的耗能能力和承载能力均有所增加,抗震性能得到有效的改善。(4)采用理论分析的方法研究高强筋材混凝土剪力墙的破坏形式和正截面承载力,并与试验和有限元计算结果进行对比。结果表明:理论与试验结果吻合良好,可对高强筋材混凝土剪力墙的破坏形式的预测和承载力计算起到一定的参考作用。
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