高性能混凝土剪力墻直接基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、基于性能/位移的抗震設(shè)計(jì)理論自20世紀(jì)90年代提出以來(lái)，受到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是未來(lái)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。在抗震結(jié)構(gòu)中，剪力墻作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，通常為第一道抗震防線，其抗震性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)房屋的抗震性能影響很大。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，高性能混凝土剪力墻己被普遍應(yīng)用于高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)中，但是由于高性能混凝土的脆性以及剪力墻本身變形能力較差的特點(diǎn)，其使用范圍受到嚴(yán)格限制。對(duì)高性能混凝土剪力墻基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，可

2、很好地解決高性能混凝土剪力墻強(qiáng)度高而變形能力較差的矛盾，擴(kuò)大高性能混凝土剪力墻的使用范圍，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文介紹了基于性能/位移的抗震設(shè)計(jì)理念、研究現(xiàn)狀及研究成果，論述了考慮高振型影響的直接基于位移的抗震設(shè)計(jì)的基本方法及設(shè)計(jì)過(guò)程。在以往研究基礎(chǔ)上，以我國(guó)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定為基礎(chǔ)，著力解決高性能混凝土剪力墻直接基于位移的抗震設(shè)計(jì)中的以下幾個(gè)問題：⑴剪力墻抗震性能研究及性能指標(biāo)的確定。通過(guò)對(duì)5片剪跨比

3、分別為 1.5和1.0的高性能混凝土剪力墻試件低周水平反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究了中高、低矮高性能混凝土剪力墻的破壞形態(tài)、破壞機(jī)理及變形性能，驗(yàn)證了分段約束配箍方式對(duì)于提高彎曲型剪力墻變形能力的有效性，說(shuō)明了剪力墻截面變形能力設(shè)計(jì)方法在一定程度上的可靠性，論證了剪力墻塑性鉸轉(zhuǎn)角與其破壞程度有較好的相關(guān)性。根據(jù)墻體不同階段的破壞程度，將剪力墻結(jié)構(gòu)的性能劃分為“使用良好、保證人身安全和防止倒塌”三個(gè)水平，提出用層間位移角和塑性鉸轉(zhuǎn)角共同作為剪力墻結(jié)

4、構(gòu)的性能控制指標(biāo)，并給出了三性能水平的建議值。⑵剪力墻彈塑性分析的宏觀墻元模型。以結(jié)構(gòu)三維非線性分析程序CANNY為平臺(tái)，采用纖維墻元模型對(duì)剪力墻進(jìn)行非線性分析。通過(guò)對(duì)4片剪力墻試件的非線性仿真分析，并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，說(shuō)明了這種墻元模型的有效性。⑶考慮高階振型效應(yīng)的靜力彈塑性分析方法。在模態(tài)Pushover分析方法中，用能力譜法替代原有的動(dòng)力時(shí)程分析，在現(xiàn)行規(guī)范加速度反應(yīng)譜基礎(chǔ)上計(jì)算結(jié)構(gòu)各振型等效單自由度體系各性能水平的位移反應(yīng)，然后將

5、其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)多自由結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)，并通過(guò)SRSS法求得結(jié)構(gòu)的總位移反應(yīng)，用其與剪力墻的目標(biāo)位移進(jìn)行比較，判斷設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿足性能目標(biāo)要求。⑷剪力墻彈性剛度的選取。提出一種“目標(biāo)周期法”，即由剪力墻各性能水平的目標(biāo)位移導(dǎo)出其相應(yīng)等效周期(目標(biāo)周期)，以結(jié)構(gòu)各性能水平自振周期小于或等于目標(biāo)周期為原則確定墻肢的截面厚度，使剪力墻的能力曲線與需求曲線在彈性階段基本重合，抗震能力基本等于抗震需求。⑸剪力墻承載力設(shè)計(jì)值的確定。研究了高性能混凝土剪力

6、墻超強(qiáng)系數(shù)的取值，提出了超強(qiáng)系數(shù)的取值方法;將結(jié)構(gòu)各性能水平地震需求的最大值除以超強(qiáng)系數(shù)得到剪力墻的承載力設(shè)計(jì)值，并以此為依據(jù)進(jìn)行剪力墻截面承載力設(shè)計(jì)，使剪力墻的能力曲線在彈塑性階段不低于需求曲線，確保剪力墻滿足各性能水平的承載力需求。⑹剪力墻斜截面受剪承載力計(jì)算。根據(jù)收集到的313片剪力墻試件的受剪性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了中國(guó)混凝土規(guī)范、美國(guó)ACI規(guī)范及析架一拱模型所給的剪力墻受剪承載力計(jì)算公式的可靠性和擬合效果，探討了剪力墻受剪承載力的

7、主要影響因素及其相互關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)重新擬合能夠適應(yīng)不同計(jì)算理論的剪力墻受剪承載力計(jì)算公式。為我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范剪力墻受剪承載力計(jì)算公式的進(jìn)一步修正提供參考。⑺基于塑性鉸轉(zhuǎn)角需求的剪力墻截面變形能力設(shè)計(jì)方法。以性能目標(biāo)要求的剪力墻極限塑性鉸轉(zhuǎn)角需求作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，建立了剪力墻塑性鉸轉(zhuǎn)角、軸壓比、邊緣構(gòu)件約束區(qū)長(zhǎng)度以及配箍特征值的關(guān)系，針對(duì)目前我國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，提出了較合理的剪力墻軸壓比限值及邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)方法。以上各內(nèi)容包含了剪力墻