剪力墙对墙柱梁节点受力性能影响有限元分析

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1、剪力墙对墙柱梁节点受力性能影响有限元分析第1章绪论1.1课题背景及意义随着我国经济迅猛发展，我国建筑工程从上世纪七、八十年代开始蓬勃发展，为适应经济要求，小、中高层的框架-剪力墙结构的建筑物在全国各大城市迅速出现，目前钢筋混凝土框架-剪力墙这种常见结构已在全国各地普遍存在。框剪结构同时兼有框架结构较大的可利用空间及多样的平立面布置和剪力墙结构的抗侧力强度及刚度，因此框架剪力墙结构不仅可以有效的降低地震带来的灾害、减少建筑结构自身的侧向位移，同时也具有较强抵抗水平荷载作用的能力{1}。而从世界各地的地震灾害后建筑物的破坏形式来看，结构节点处的破坏是导致

2、建筑物破坏的重要原因。节点处作为建筑结构的传力枢纽，在地震灾害中的破坏形态对整个建筑物的延性和抗震能力有着重要影响。随着现代科技的发展，较大提高了建筑材料的强度，同时人们为了获得更大的可利用空间进而减小了建筑受力构件的尺寸，那么建筑结构中设计的关键环节就是节点处构件的刚度和强度是否能够满足抗震强度的要求。2008年汶川512地震、1995年Kobe地震以及唐山大地震等震害调查表明：部分钢筋混凝土框架结构由于节点处（或节点核心处）失效或者柱端形成塑性铰，从而导致整个建筑结构的破损甚至倒塌。然而同样在5.12汶川地震中,震害中的多个设有剪力墙的小高层建筑

3、破坏情况只是轻微破坏，同样的情况也出现在司考比基地震等震害中[2]。然而,在一些地理位置特殊的地区情况有所不同，如墨西哥太平洋岸8.1级地震、1975年海地地震及弗兰恰地震倒塌率最高的是十几层的建筑物。.........1.2国内外研究发展现状由于地震灾害给世界人民带来了极大的灾难，而节点区域是地震灾害中破坏的重要部位。所以对节点的研究从未停止，同样对节点处的变形传力机制以及破坏机理存在较大分歧。目前国内外主要针对框架梁柱节点组合体的研究、板柱节点的研究，而对剪力墙、柱（暗柱或端柱）、梁及现浇板节点区域的研究寥寥无几。本文参考框架梁柱节点和板柱节点研

4、究分析方法，帮助本文课题的开展。梁端塑性的铰模型包括有长度、无长度塑性铰模型，而后者是现阶段的建筑结构分析中最常用的模型[4]。有长度塑性铰模型在计算塑性铰长度的理论依据和取值方法上有较大分歧，塑性铰长度下限值并非就是弯矩包络图得出塑性铰长度，因此逐渐被弃用[5]~[9]。在结构分析中部分刚性节点模型和梁端塑性铰模型相比，考虑了节点因剪切变形带来的影响。Alath和Kunnath做的部分刚性节点模型是一个转动弹簧连接的一组刚臂，然后每个刚臂再与弹塑性梁单元相连[10]。Kovacevic在分析塑性铰变形中节点核心区转动量对整体结构的影响时，引入了假定

5、线性变化固定度FD(fixingdegree)[11]。柔性框架节点模型不仅考虑了节点的核心区的剪切转动角，同时也考虑到钢筋粘结滑移带来的影响。国外学者针对框架节点梁(柱)端破坏、节点核心区剪切破坏及节点界面开裂导致的钢筋粘结滑移破坏这三类破坏提出了多个柔性节点模型。国内外为了提高模拟框架节点结构抗震性能的准确性，提出的节点模型也越来越复杂，随之而来的争议和分歧也更多。.......第2章框架剪力墙结构计算分析2.1框架剪力墙结构计算基本假定在结构设计计算时线弹性分析方法是我们最常用结构分析方法，而弹性工作状态假定认为结构在永久荷载作用和可变荷载作用

6、下。建筑结构计算基本假定包括：水平荷载作用方向假定、平面结构假定、楼板无限刚度假定。水平荷载作用方向假定认为作用在结构上的水平力方向和主轴方向一样。平面结构假定：抗侧力构件（一榀框架或剪力墙）只抵抗该构件自身平面的侧向力。不同平面抗侧力构件的相互间的协同作用通过楼板互相作用联系。楼板无限刚度假定：楼板本身平面内刚度无限大即刚度无限大的平板，并且在水平力下楼板只发生刚性位移但不会产生变形[24]。在框架剪力墙结构计算中假设水平力合力作用在建筑物刚度中心使建筑物不会绕竖轴发生扭转。.........2.2剪力墙布置及框剪结构协同作用剪力墙是框架-剪力墙结

7、构中主要的抗侧力构件，而框架剪力墙结构是双向抗侧力体系，在主轴方向上必须具备足够的抗侧力刚度，因此两个主轴方向都需布置剪力墙防止整个建筑物发生扭转，提高抗震能力[25]。为提高框架剪力墙结构的空间刚度和整体性及其抗扭能力，纵、横向剪力墙宜组成L形、T形和匚形等形式，并且剪力墙沿建筑结构周边均匀或对称布置，短肢剪力墙宜布置在楼梯、电梯间。剪力墙间距不宜过大但也不应太过密集，且沿建筑物竖向延续全高布置，以此来避免经济上的浪费和结构的不合理。为满足结构或空间应用需要在剪力墙上开洞，洞口应上下对齐。在框架剪力墙结构中楼板和连梁把框架体系和剪力墙连系成一个整体

8、结构。在水平荷载下框架和剪力墙的变形分别为剪切型和弯曲型。由于两种结构的变形和位移不同，剪力墙相较于框架结构