內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒抗震試驗及理論研究.pdf

1、混凝土核心筒是高層建筑抗震的核心部分,研制抗震性能好的核心筒一直是國內(nèi)外工程界十分關注的問題。特別是近年來,追求個性化的大型復雜高層建筑日益增多,對核心筒的抗震性能要求也越來越高。由于建筑的要求以及考慮減輕結(jié)構(gòu)自重等原因,核心筒的厚度常常受到限制。結(jié)構(gòu)中核心筒在給定厚度條件下如何增強其抗震性能已成為核心筒抗震設計的關鍵問題。針對此問題,本文提出了內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合剪力墻及核心筒并獲得了國家發(fā)明專利,進行了較系統(tǒng)的抗震試驗、理論和設計方

2、法研究。主要貢獻如下： 1.首次提出了內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合剪力墻及核心筒,完成了8個有洞口和無洞口的內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合簡體與普通混凝土筒體在低周反復荷載下的抗震性能試驗研究。分別采用水平中心加載和偏心加載的方法,研究了該雙重組合筒體在彎剪作用下以及在彎剪扭作用下的受力特點。較系統(tǒng)地分析了它們的承載力、剛度及其退化過程、延性、耗能能力、破壞機制等。揭示了混凝土核心筒與內(nèi)藏鋼桁架共同工作的機理。 2.建立了內(nèi)藏鋼桁架混凝土

3、組合核心筒承載力計算的簡化力學模型與理論公式,計算結(jié)果與試驗結(jié)果符合較好。 3.基于鋼筋混凝土軟化桁架模型理論,建立了內(nèi)藏桁架混凝土組合低剪力墻軟化桁架模型,分析了內(nèi)藏桁架對剪力墻裂縫發(fā)展的控制作用以及對承載力的提高作用。在內(nèi)藏桁架混凝土組合低剪力墻軟化桁架模型的基礎上,建立了內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合高剪力墻及核心筒軟化桁架模型,該模型中截面單元應力狀態(tài)分解為一維應力狀態(tài)和二維應力狀態(tài)。其中處于二維應力狀態(tài)的體系抵抗由剪力和扭矩引起

4、的截面剪應力；處于一維應力狀態(tài)的體系抵抗復合受力下截面的軸向應力。計算結(jié)果與試驗結(jié)果符合較好。該模型為內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合高剪力墻及核心筒在復合受力下的全過程分析提供了有效途徑。 4.在試驗和理論研究基礎上,給出了內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒在結(jié)構(gòu)中的布置原則,提供了內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒的抗震設計方法和構(gòu)造措施,并已用于工程。 主要結(jié)論： (1)內(nèi)藏鋼桁架的存在有效地制約了筒體裂縫的開展,有利于內(nèi)力重分布,剛

5、度衰減慢,后期性能穩(wěn)定,具有多道抗震防線。內(nèi)藏鋼桁架組合核心筒的塑性鉸域較大,有利于充分發(fā)揮核心筒各部位的抗震耗能能力。 (2)內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒的承載力比普通混凝土核心簡明顯提高,其屈服荷載提高了11.2％～23.3％,極限荷載提高了25.9％～39.9％。 (3)內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒的延性比普通混凝土核心簡明顯提高,其延性系數(shù)提高了10.2％～39.5％。 (4)內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒的滯回

6、曲線比普通混凝土核心筒的滯回曲線飽滿、耗能能力明顯提高,其耗能提高了34.4％～163.9％。 (5)內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒與普通混凝土核心筒的破壞形態(tài)明顯不同：內(nèi)藏鋼桁架明顯地改變了剪力墻的裂縫分布及走向,裂縫在發(fā)展過程中裂縫角度有向型鋼斜撐傾角逼近的趨勢,當型鋼斜撐配鋼梁較高或軸壓力較小時,這種趨勢愈加明顯。 (6)內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合核心筒比普通混凝土核心筒抗扭能力顯著提高。 (7)所建立的內(nèi)藏鋼桁架混