带暗支撑剪力墙及核心筒体非线性分析及性能研究

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1、硕士学位论文1．1引言第1章绪论我国是一个多地震的国家，海城、唐山等强烈地震给人民的生命财产造成了巨大的损失。对于地震灾害，其最根本的措施在于搞好抗震设防，提高工程结构的抗震能力。如何通过合理的抗震设计，增强结构的抗震能力是国内外工程界十分关注的问题。钢筋混凝土结构在我国目前仍是应用最多的抗震结构。钢筋混凝土结构材料来源丰富，并可以浇注成各种复杂的断面形式，组成多种结构体系，其承载能力较高，经过合理的设计，可获得较好的经济效益和良好的抗震性能。随着建筑物层数的增加，抗侧力结构的设计成为了关键。在高层建筑结构设

2、计中，一方面，不仅要求结构具有足够的承载力，还要求具有足够的抗侧移刚度，使结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规范规定的范围内。另一方面，对有抗震设防的高层建筑结构，还要求结构具有良好的抗震性能，这就要求它具有一定的延性。剪力墙由于其抗侧移刚度大、承载能力高，已成为一种应用广泛的抗侧力体系，但由于剪力墙的延性较差，改善其延性成为工程界极为关注的问题。工程中有完全由剪力墙组成的剪力墙结构，也有和框架共同抵抗侧向力而形成框架一剪力墙结构，实腹筒也是由剪力墙组成的。剪力墙在结构中承受大部分地震作用，它为第一道抗

3、震防线，框架成为第二道抗震防线。剪力墙的设计要求是：在正常使用荷载及风载、小震作用下，结构应处于弹性工作阶段，裂缝宽度不能过大；在中等强度地震作用下，允许剪力墙进入塑性状态，但必须保证在非弹性变形的反复作用下，有足够的承载力、延性及良好吸收地震能量的能力；在罕遇地震作用下，为保证结构不倒塌，剪力墙结构应有足够的稳定性。完善的剪力墙结构设计要求在保证抗剪强度的前提下不能削弱其延性性能。钢筋混凝土剪力墙作为高层建筑结构中的主要抗侧力结构形式之一，其抗震性能的改善一直受到工程领域的重视。近二十年来，国内外对于改善剪

4、力墙延性的问题进行了许多的实验研究，提出了许多抗震措施，均收到了一定的效果。以下分别阐述剪力墙的研究概况和非线性有限元理论的发展概况。带暗支撑剪力墙及核心筒体非线性分析及性能研究1．2国内外钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究概况1．2．1国外研究概况国外在剪力墙方面的研究方面起步较早，取得了丰富的成果，积累了大量的资料。早在1947年Chitty．L．就对双肢剪力墙的弹性分析提出了连续栅片法【lj，而Roseman．R．在1964年又对这一理论作了进一步的研究【2。，1967年Coull．A．对变厚度的双肢剪力墙进

5、行了弹性分析【3】。所有的这些成果为剪力墙结构的弹性分析提供了必要的基础。Paulay．T等人早在70年代就研究了钢筋混凝土剪力墙连梁【4，5】，提出了斜向交叉配筋方法【61，以提高连梁及开洞剪力墙的抗震性能。从七十年代起，国外许多研究者又开始了对剪力墙结构的弹塑性性能的分析和研究。其中，Cliick．J．，Pekau．C．A．和Kumarapillai．K．等人取得了卓有成效的成绩【7—9。，而Paulay．T．进行过七层双肢剪力墙试验【10，111，Sozen．M．进行了十层开洞剪力墙模型的振动试验【12

6、】，Sozen．M进行了十层开洞剪力墙模型的振动试验【12J，Thomas．N，Salonikios进行了带斜筋低矮剪力墙和中高剪力墙的试验研究ll3。。日本武藤清教授在1965年提出了带竖缝剪力墙的概念【l41，即在整体墙上设置若干条平行的竖向通缝，缝中的钢筋被截断并且不填充混凝土和其他材料。这种开通缝剪力墙改变了整体剪力墙的受力性能和机理，使剪力墙由原来的墙板以受剪切为主转变成各墙肢以受弯为主，其破坏特征也转变为延性较好的弯曲破坏，从而大大地提高了剪力墙的延性。武腾清教授及其后继者对这种开缝剪力墙做了大量

7、的试验研究，对混凝土强度、开缝的长度及缝间距、配筋率等主要因素进行了深入详细的分析，给出了开缝剪力墙受力性能得以发挥的必要条件，既要求墙板的弯曲的极限承载力不能超过其抗剪承载力，以保证破坏形式为具有良好延性的墙肢弯曲破坏。这种形式的剪力墙己在日本霞关大厦、东京世界贸易中心、新宿的三井大厦等工程中得到了应用，获得了较好的工程效益。但是结构的抗震性能的优劣不能仅以延性作为唯一标准，该种型式的剪力墙是以牺牲结构的初期承载力和刚度来获得延性的。虽然它较大的提高延性，但其承载力和初期刚度也减少很多，有时承载力减少到原来

8、的65％，刚度减少到原来的60％。此后，许多国外研究人员相继提出了开水平缝剪力墙、开周边缝剪力墙、开阶梯状水平缝剪力墙等，主要是对带竖缝剪力墙的改进，但效果并不太明显。1．2．2国内研究概况在国内，清华大学、建研院、天津大学和西安冶金建工学院等单位作了不少的研究工作。由于剪力墙的刚度大，承载力高，当以受剪为主时易发生强震下的受力破坏。为此，不少学者开始研究改善剪力墙抗震性能的措施。如清华大学的方鄂华