強震下鋼板混凝土聯肢牆雙重抗震防線機制與性能控制

《強震下鋼板混凝土聯肢牆雙重抗震防線機制與性能控制》是依託重慶大學，由伍雲天擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強震下鋼板混凝土聯肢牆雙重抗震防線機制與性能控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：伍雲天
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

鋼板混凝土組合剪力牆軸向承載力高，適用於底部樓層軸壓大的超高層建築，但強震時易發生壓彎破壞，且底部塑性鉸區的單一耗能機制導致局部牆體損傷集中，不利於災後修復加固。根據超高層建築核心筒需要較大面積開洞的建築形式，提出鋼板混凝土聯肢組合剪力牆新型結構體系，利用其連梁-牆肢雙重抗震防線機制，強震下的承載力、側向剛度、耗能機制和災後可修復性等均優於其單肢實體形式。採用內藏鋼板或鋼骨的鋼-混凝土組合連梁，考慮焊接和端板螺栓連線兩種方式連線連梁和組合牆肢，驗證組合連梁及其與牆肢的連線作為第一道抗震防線的受力、變形與耗能能力。自主研發能反映連梁-牆肢整體受力和變形特徵的試驗載入裝置，進一步考察鋼板混凝土組合牆肢作為第二道抗震防線性能的連梁-牆肢內力傳遞機制、損傷分布、剛度與承載力退化以及耗能能力等。結合非線性有限元參數分析，提出合理量化雙重抗震防線機制為目標的鋼板混凝土聯肢牆的性能化抗震設計理論方法。

結題摘要

鋼板混凝土組合剪力牆軸向承載力高，適用於底部樓層軸壓大的高層建築，但強震時易發生壓彎破壞，底部塑性鉸區的單一耗能機制導致局部牆體損傷集中，不利於災後修復加固。本項目提出鋼板混凝土聯肢組合剪力牆新型結構體系，通過引入耦合機制，將地震引起的結構損傷均勻分散到結構全高，通過鋼連梁的塑性耗能能力，降低剪力牆的承載力和變形能力的需求。考慮焊接和螺栓連線方式，設計並製作了五個連梁-組合牆肢連線節點的試件，通過試驗證明了該連線的可靠性；考慮了鋼板直接與鋼框架焊接以及鋼板間螺栓連線兩種構造形式，分別設計、製作了1:4的縮尺試件進行了低周往復載入試驗研究。結果表明，提出的組合鋼板聯肢剪力牆能夠實現先連梁後剪力牆的預定屈服耗能機制,且剪力牆屈服後,鋼連梁仍然具備足夠的塑性變形能力，通過鋼連梁的剪下變形和牆肢底部的塑性鉸變形來耗散能量，達到連梁-牆肢雙重抗震防線機制的目的。採用ABAQUS軟體建立數值分析模型，基於試驗實測數據，驗證了數值模型和分析方法的可靠性。為了彌補試驗數量的不足，利用已獲驗證的數值分析模型，考慮剪力牆軸壓比、截面配鋼率和鋼連梁彎剪比等進行了參數分析，結果表明:軸壓比對承載力、剛度和耗能能力影響不明顯,但延性卻先增加後減小；配鋼率提高對承載力和耗能能力提升作用明顯,但需避免發生脆性破壞；鋼連梁的剪下塑性變形的延性和耗能能力優於彎曲塑性變形,鋼連梁的設計應符合“剪下弱於彎曲”要求,同時保證鋼連梁充分發揮剪下塑性變形能力。最後針對組合聯肢剪力牆的抗震設計方法，首先解決耦聯比這一參數在初設階段難以套用的困難，以連梁跨高比和牆肢高寬比為關鍵參數，遵循中心複合設計的CCF方案準則並嚴格按照中國現行規範設計建立結構模型，提出了鋼筋混凝土聯肢剪力牆的最佳化設計方法。引入基於能量原理的塑性設計理論，提出了混合聯肢剪力牆和聯肢鋼板組合剪力牆的抗震設計方法，並通過數值分析手段，驗證了所提出設計方法的有效性與合理性。