文档介绍：西安建筑科技大学博士学位论文
西安建筑科技大学
博士学位论文
含型钢边缘构件高层混合连肢墙结构的
抗震性能及设计方法研究
申请学位学科:工学博士
专业名称:结构工程
博士研究生:石韵
指导教师:苏明周教授
完成日期:2013 年 5 月
西安建筑科技大学博士学位论文
Doctoral Dissertation
Experimental Study on Seismic Behavior and Design
Criterion of Hybird Coupled Wall System with Steel
Boundary Elements
Specialty: Stuctural Engineering
Candidate: Shi Yun
Instructor: Mingzhou
School of Civil Engineering
Xi’an University of Architecture & Technology
西安建筑科技大学博士学位论文
含型钢边缘构件高层混合连肢墙结构的
抗震性能及设计方法研究
专业: 结构工程
博士生: 石韵
指导教师: 苏明周教授
摘要
混合连肢墙结构是采用钢连梁代替混凝土连梁的一种新型结构体系,它结合
了钢梁塑性变形能力强、混凝土剪力墙抗侧刚度大的优点,相比于传统的钢筋混
凝土连肢墙具有更优良的耗能能力,更加适用于高抗震设防烈度地区,美国已制
定相关规范并应用于实际工程。但国内对这种体系的研究目前尚停留在节点承载
力及破坏形式的研究方面,针对混合连肢墙体系在地震作用下的整体性能研究资
料很少。本课题组采用在剪力墙边缘设置型钢暗柱的方法将钢连梁与剪力墙连接,
在上述研究基础上提出了含型钢边缘构件混合连肢墙体系的概念,通过试验和理
论两方面研究该新型体系在循环荷载作用下的破坏机理,提出抗震设计对策和方
法。
已有研究表明,耦连比是反映连肢剪力墙整体工作性能的一个重要参数,为
研究耦连比对含型钢边缘构件混合连肢墙结构滞回性能的影响,进行了两个耦连
比分别为 30%和 45%的 5 层含型钢边缘构件混合连肢墙结构 1/3 缩尺模型拟静力
试验。基于试验结果,从结构的承载能力、刚度退化、位移延性、耗能能力及破
坏模式等方面评价了结构抗震性能。研究表明:该结构体系通过钢连梁的剪切变
形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,能够明显改善钢筋混凝土双肢剪力墙的
抗震性能。耦连比为 30%时,墙肢混凝土裂缝较为集中,破坏主要出现在底部两
层;耦连比为 45%的混合连肢墙体系在一定程度上降低了墙肢底部弯矩,钢梁的
变形能力较强,各层连梁成为沿墙体全高设置的一种耗能构件,扩大了能量耗散
的范围,是一种典型的多重抗震设防体系,满足抗震设计中对于延性的要求,得
到的滞回曲线为稳定的梭形。
基于含型钢边缘构件混合连肢墙结构试验结果,采用大型有限元程序
ABAQUS 对该结构体系进行了循环加载分析,引入 Python 源程序编制了给定荷载
模式下基于位移控制的加载程序。在对有限元分析结果和试验结果进行对比验证
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后,本文对 5 个系列 14 个结构模型进行了参数分析,主要研究了耦连比、墙肢宽
厚比、楼层总高度、钢连梁的破坏形式和型钢暗柱的设置等参数对结构体系滞回
性能、破坏形式和内力分布规律的影响。
根据试验和有限元结果详细分析了新型混合连肢墙体系的受力机理,建立了
混合连肢墙体系的极限承载力力学模型,将混合连肢墙的破坏过程分为墙肢初裂、
钢连梁屈服、剪力墙破坏三个阶段。在普通剪力墙破坏形式基础上考虑了型钢暗
柱的影响,分别给出了连梁两种破坏形式和剪力墙五种破坏形式下结构的极限承
载力计算公式。有限元分析结果与公式计算结果对比表明两者吻合较好,可以用
来计算结构的极限承载力。最后依据理论分析结果,结合我国规范提出了含型钢
边缘构件混合连肢墙结构的设计承载力计算方法和抗震设计建议。
关键词:混合连肢墙;边缘型钢暗柱;钢连梁;耦连比;滞回性能;非线性有限
元;位移控制
论文类型:应用基础研究
基金项目:国家自然科学基金(50878182);陕西省自然科学基金(SJ08E209)
VI
西安建筑科技大学博士学位论文
Experimental Study on Seismic Behavior and Design
Criterion of Hybrid Coupl