基於精細化數值仿真的剪力牆抗震性能及破壞控制研究

《基於精細化數值仿真的剪力牆抗震性能及破壞控制研究》是依託同濟大學，由章紅梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於精細化數值仿真的剪力牆抗震性能及破壞控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：章紅梅
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

研究剪力牆非線性全過程數值仿真分析方法，並在此基礎上研究剪力牆性能狀態與其主要抗震設計參數之間的量化關係和破壞控制。主要包括基於材料層次並考慮配筋細節的剪力牆精細化非線性數值仿真技術及相關計算假定和模型的研究；基於ABAQUS平台利用集成腳本語言Python進行非線性分析程式的二次開發；以精細化數值仿真分析為依據，建立剪力牆在基本完好、輕微破壞、嚴重破壞、不倒塌狀態時，其位移角與其主要設計參數如高寬比、軸壓比、邊緣配筋情況之間的量化關係；在已有研究的基礎上提出改進的剪力牆損傷指標模型，建立設計參數－關鍵性能狀態控制點位移角－損傷指數之間的量化關係。本課題的研究將解決剪力牆結構基於性能抗震設計的關鍵問題，對高層及超高層結構的災害控制具有重大意義。

結題摘要

剪力牆是一種既能承擔水平荷載，又能承擔豎向荷載，具有良好的抗震性能的結構構件。本課題基於原定研究目標，基於本課題已完成的變軸壓比、高寬比、邊緣配筋情況的鋼筋混凝土剪力牆的低周反覆試驗，主要完成了：①基於材料層次的剪力牆鋼筋及混凝土的本構關係、約束混凝土本構關係以及新老混凝土界面的粘結關係，剪力牆平截面計算假定、彎曲剪下計算假定，鋼筋與混凝土材料的接觸非線性的建模方法，新老混凝土界面建模方法；②考慮剪力牆的軸壓比、高寬比、邊緣配筋細節，基於向量式有限元程式VFIFE開展了複合受力下的剪力牆二維板單元二次開發及數值模擬驗證，驗證結果表明該程式對處理剪力牆大變形問題具有良好的適應性；③根據基於性能抗震設計的設計水準劃分方法，將剪力牆的性能狀態劃分為基本完好、輕微破壞、嚴重破壞、不倒塌四種性能狀態，根據已有試驗的結果分別與剪力牆力－位移曲線上的關鍵點對應，研究了不同性能狀態位移角與其主要設計參數如高寬比、軸壓比、邊緣配筋情況之間的規律；④進行剪力牆構件多維非線性行為模擬，研究剪力牆的破壞模式和損傷機制，研究不同設計參數的剪力牆的裂縫開展、混凝土壓潰、鋼筋屈曲以及塑性區在低周反覆或水平推覆荷載作用下的發展過程以及以上破壞情況與其位移角之間的關係以及其數值模擬技術。基於本課題已發表SCI收錄文章3篇，正在外審的SCI論文3篇，已發表核心期刊論文3篇，已錄用核心期刊論文3篇，培養畢業研究生1人，正在讀博士研究生1人，在讀碩士研究生5人。研究主要進展及創新點在於：在試驗基礎上結合基於性能抗震設計方法將位移角對剪力牆性能狀態聯繫起來，利用位移角界定剪力牆性能狀態；對不同截面參數設定條件下剪力牆的破壞模式及規律進行試驗和數值仿真研究，得到軸壓比、高寬比、邊緣約束情況對剪力牆抗震性能的影響規律；提供了剪力牆平截面應變和高度方向邊緣應變在剪力牆破壞全過程的發展規律；開發了基於向量式有限元的剪力牆二維板單元模型。