鋼框架-預(yù)制混凝土抗側(cè)力墻裝配式結(jié)構(gòu)體系受力性能研究.pdf

1、發(fā)展預(yù)制裝配式建筑是實現(xiàn)建筑節(jié)能減排和建筑產(chǎn)業(yè)化的有效途徑,鋼結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點是可實現(xiàn)預(yù)制裝配化,其中鋼框架的應(yīng)用最為廣泛,但其抗側(cè)剛度小,工程界常通過增設(shè)內(nèi)填式墻體來提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,傳統(tǒng)的抗側(cè)力墻體存在構(gòu)造復(fù)雜、裝配化施工不便、維護(hù)成本高等缺點。
　　為實現(xiàn)抗側(cè)力墻體的預(yù)制裝配化,降低墻體的承擔(dān)豎向荷載,同時考慮樓板鋼筋穿越問題和解決建筑開門窗洞口的需求,提出了一種新型鋼框架—預(yù)制混凝土抗側(cè)力墻裝配式結(jié)構(gòu)體系(Steel Fra

2、me-Prefabricated Concrete Lateral Resistance Wall Fabricated Structural System)(簡稱 SPW體系),本文通過試驗研究和理論分析對 SPW體系的受力性能和計算理論進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研發(fā) SPW體系并開展足尺模型試驗研究
　　設(shè)計和制作了4榀由鋼框架與型鋼混凝土抗側(cè)力墻、鋼筋混凝土抗側(cè)力墻組成的單層單跨足尺模型,對其進(jìn)行

3、水平低周反復(fù)加載試驗。對水平荷載作用下結(jié)構(gòu)體系的破壞形式、承載能力、剛度退化、滯回特性、延性及耗能性能進(jìn)行系統(tǒng)分析,得到墻體的破壞機(jī)理、框架與抗側(cè)力墻體的傳力路徑以及內(nèi)力分配關(guān)系。
　　在試驗研究的基礎(chǔ)上,對 SPW體系的抗震性態(tài)水平及性能指標(biāo)的量化進(jìn)行探索研究,總結(jié)分析結(jié)構(gòu)的破壞順序和破壞形態(tài),提出五個性能水平的失效判別標(biāo)準(zhǔn),并給出不同性能水平對應(yīng)的側(cè)移角限值建議。
　　(2)揭示 SPW體系受力性能的影響因素
　　

4、1)分析了抗側(cè)力墻體與框架梁連接界面處的受力特性,對連接界面的抗剪栓釘、錨筋和型鋼承擔(dān)剪力和彎矩作用進(jìn)行定性、定量分析,得到其分布規(guī)律;并對試驗?zāi)Ｐ椭械倪B接件類型提出改進(jìn)措施,以保證抗側(cè)力墻體與框架梁連接的可靠性。
　　2)從彈性剛度、承載能力、滯回曲線、水平剪力和傾覆彎矩的分配關(guān)系、塑性耗能等方面,考察框架柱剛度、約束梁剛度、墻體高寬比、墻體邊緣構(gòu)件的含鋼率等因素對結(jié)構(gòu)體系協(xié)同受力性能的影響,得到各因素的影響規(guī)律。
　　(

5、3)建立 SPW體系的計算理論
　　1)建立結(jié)構(gòu)層間抗側(cè)剛度的計算模型,分別推導(dǎo)考慮梁約束效應(yīng)的墻體和框架柱抗側(cè)剛度計算公式,通過試驗數(shù)據(jù)驗證公式的合理性。并將抗側(cè)力墻體簡化為“交叉撐桿+豎向桿”的桿系模型,推導(dǎo)剛度等量代換關(guān)系,彈性階段,結(jié)構(gòu)體系可等代為桿系模型進(jìn)行的內(nèi)力分析和變形計算。
　　2)基于連續(xù)化的方法,建立鋼框架、約束梁和抗側(cè)力墻體協(xié)同工作微分方程,提出為反映結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的重要參數(shù)λ,求解結(jié)構(gòu)體系在三種典型水平

6、荷載下的內(nèi)力、位移計算方法。
　　3)根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的破壞形態(tài),提出不同破壞形態(tài)的受剪承載力分析模型和計算簡圖,建立受剪承載力的計算公式,通過試驗數(shù)據(jù)驗證公式的可靠性。
　　(4)提出 SPW體系合理剛度比的優(yōu)化設(shè)計方法和設(shè)計建議
　　1)以反應(yīng)譜理論為基礎(chǔ),建立以基底地震剪力為目標(biāo)函數(shù),最大層間位移角為約束條件的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型,采用MATLAB高級語言編寫優(yōu)化程序,對鋼框架、約束梁和抗側(cè)力墻體的合理剛度比進(jìn)行優(yōu)化分析;并

7、對剛度參數(shù)λ的影響因素進(jìn)行分析,并以表格的形式給出不同抗震設(shè)防烈度下的特征周期Tg、剛重比η與λ最優(yōu)值的關(guān)系,可供設(shè)計參考。
　　2)以彈塑性層間位移的控制為基礎(chǔ),設(shè)計了45個鋼框架、約束梁和抗側(cè)力墻體不同剛度比的數(shù)值模型,其彈性抗側(cè)剛度保持一致,采用彈塑性時程分析的方法,統(tǒng)計得出彈塑性層間位移隨剛度參數(shù)λ的變化規(guī)律,研究表明:①當(dāng)剛度參數(shù)λ為定值情況下,框架剛度CF與約束梁剛度CB的比值對各樓層的層間側(cè)移峰值影響不大;②最大彈塑