中高層密肋壁板結(jié)構(gòu)密肋復(fù)合墻體受力性能及設(shè)計方法研究.pdf

1、密肋壁板結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)節(jié)能、保溫隔聲、綠色環(huán)保、施工簡便、造價低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)越的新型抗震結(jié)構(gòu)體系。目前，該結(jié)構(gòu)體系在多層及中高層建筑中的理論與應(yīng)用研究已取得較好的階段性成果。然而，作為一種新型結(jié)構(gòu)體系，由于復(fù)雜的受力特性使其在確定簡化計算模型、承載力計算方法等方面仍還存在許多問題。本文以中高層密肋壁板結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件—密肋復(fù)合墻體為研究對象，在總結(jié)分析已有研究成果的基礎(chǔ)上，利用試驗(yàn)手段及數(shù)值分析方法，著重對密肋復(fù)合墻體在豎向和

2、水平荷載作用下的軸心受壓及壓、彎、剪復(fù)合受力性能、破壞模式、承載力水平、整體結(jié)構(gòu)的工作性能、變形特征、正截面承載力計算等設(shè)計計算方法進(jìn)行了較為深入細(xì)致的研究，主要研究內(nèi)容及成果概括如下： 1.進(jìn)行了5榀1/2比例單層單跨密肋復(fù)合墻體在豎向荷載作用下的抗壓試驗(yàn)，研究分析了密肋復(fù)合墻體在豎向荷載作用下的受力性能、破壞過程、破壞機(jī)理、承載能力及變形性能等；探討了墻體高厚比、荷載作用方式等因素對墻體軸心受壓承載力的影響；分析了肋梁在墻體

3、受壓過程中的作用、砌塊對墻體抗壓的貢獻(xiàn)以及軸力在邊框柱、肋柱及砌塊間的分配特點(diǎn)，為密肋復(fù)合墻體軸心受壓承載力計算公式的建立提供了可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 2.對密肋復(fù)合墻體在豎向荷載作用下的受力性能進(jìn)行了線彈性及非線性有限元分析。針對不同分析內(nèi)容及目的，提出了不同的有限元計算模型，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對計算模型的合理性和精確度進(jìn)行了驗(yàn)證。在密肋復(fù)合墻體線彈性有限元分析中，得出了軸力分配系數(shù)的影響因素及不同參數(shù)下的軸力分配系數(shù)計算結(jié)果，為類似復(fù)

4、合墻體工程設(shè)計提供了參考。在密肋復(fù)合墻體非線性有限元分析中，著重對墻體的承載力、穩(wěn)定性能及其影響因素進(jìn)行了細(xì)致的分析，提出了穩(wěn)定系數(shù)的計算公式，為復(fù)合墻體軸心受壓承載力計算公式的建立提供了理論依據(jù)。 3.進(jìn)行了兩榀1/2比例兩層兩跨密肋復(fù)合墻體在豎向、水平荷載及水平彎矩共同作用下的單調(diào)加載試驗(yàn)。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對試驗(yàn)結(jié)果著重從墻體的破壞過程、破壞形態(tài)、承載力、變形性能以及邊框柱、連接柱、肋柱、暗梁鋼筋應(yīng)力、邊框柱內(nèi)力的變化等方面進(jìn)

5、行了深入細(xì)致的研究分析，為密肋復(fù)合墻體的壓彎承載力計算公式的建立提供了依據(jù)。 4.對密肋復(fù)合墻體在豎向及水平荷載作用下壓彎剪復(fù)合受力性能進(jìn)行了有限元分析。 應(yīng)用“剛架—平面子結(jié)構(gòu)”計算模型，以中高層密肋復(fù)合墻體的剪跨比及邊框柱截面尺寸作為變化參數(shù)，對墻體在豎向、水平荷載作用下邊框與復(fù)合墻板的協(xié)同工作性能、內(nèi)力在邊框柱與墻板之間的分配規(guī)律及影響因素、墻體的變形特征等受力性能進(jìn)行了線彈性有限元分析，得出了一些定量分析結(jié)果，為

6、復(fù)合墻體在小震下截面設(shè)計的計算方法建立提供了依據(jù)。 應(yīng)用“實(shí)體單元—組合式配筋”計算模型，以中高層密肋復(fù)合墻體的剪跨比、邊框柱截面尺寸及配筋率、豎向荷載等作為參數(shù)，對墻體在豎向、水平荷載及整體彎矩作用下受力性能進(jìn)行了非線性有限元分析。通過對不同墻體模型的極限承載力、變形性能、墻體截面正應(yīng)力等計算結(jié)果的分析，總結(jié)了中高層密肋復(fù)合墻體的破壞模式、抗剪及抗彎承載力的影響因素，提出了壓彎極限狀態(tài)下墻體的應(yīng)力及應(yīng)變特征，為復(fù)合墻體正截面壓

7、彎承載力計算公式的建立提供了依據(jù)。 5.以試驗(yàn)研究及有限元分析結(jié)果為依據(jù)，按照突出實(shí)用、簡化設(shè)計的原則，提出了密肋復(fù)合墻體在偏心及軸心受壓承載力極限狀態(tài)下的簡化計算模型及應(yīng)力計算圖形，并提出了偏心及軸心受壓承載力實(shí)用計算公式。 6.結(jié)合已有的相關(guān)研究成果，對中高層密肋壁板結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計、墻體截面設(shè)計及抗震構(gòu)造等要求進(jìn)行了研究與探討，為中高層密肋壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與實(shí)際工程應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。 本文的創(chuàng)新之處在于：

8、 1.首次進(jìn)行了大比例密肋復(fù)合墻體模型軸心受壓破壞試驗(yàn)及數(shù)值分析理論研究 首次進(jìn)行了大比例Ⅰ形密肋復(fù)合墻體模型軸心受壓破壞試驗(yàn)，提出了有效的、不同類型的有限元計算模型，通過試驗(yàn)及數(shù)值分析，較為系統(tǒng)、細(xì)致地研究了豎向荷載作用下密肋復(fù)合墻體的受力性能，得到了各種因素影響墻體承載力的規(guī)律性認(rèn)識，首次對密肋復(fù)合墻體軸力分配規(guī)律、大震作用下復(fù)合墻體的穩(wěn)定性進(jìn)行了細(xì)致分析，提出了反映密肋復(fù)合墻體構(gòu)造特點(diǎn)、符合墻體受力特性的穩(wěn)定系數(shù)計算

9、公式，為建立密肋復(fù)合墻體軸心受壓承載力計算公式提供了重要的依據(jù)。 2.首次進(jìn)行了大比例中高層密肋復(fù)合墻體模型壓、彎、剪受力性能試驗(yàn)研究 首次進(jìn)行了大比例中高層密肋復(fù)合墻體模型壓、彎、剪受力性能的水平單調(diào)加載試驗(yàn)，其中墻體整體彎矩作用的施加方式、加載設(shè)備構(gòu)造措施及加載制度的確定為本文首次提出并采用。通過試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了中高層密肋復(fù)合墻體在豎向及水平荷載作用下的破壞模式、承載力、抗倒塌能力及截面應(yīng)力應(yīng)變特征等受力性能，對整

10、個墻體、構(gòu)件及連接節(jié)點(diǎn)在豎向及水平荷載作用下的工作性能、變形特征等性態(tài)有了充分的認(rèn)識，為建立密肋復(fù)合墻體壓彎承載力計算公式提供了重要的依據(jù)。 3.密肋復(fù)合墻體壓、彎、剪復(fù)合受力性能數(shù)值分析模型的建立 建立了線彈性及非線性兩種中高層密肋復(fù)合墻體在豎向及水平荷載作用下有限元分析模型，通過有限元分析，較為真實(shí)地模擬了中高層密肋復(fù)合墻體在壓、彎、剪復(fù)合受力狀態(tài)下邊框柱與復(fù)合墻板的協(xié)同工作性能、變形特征、破壞形態(tài)及截面應(yīng)力應(yīng)變特征

11、等，為正確認(rèn)識密肋復(fù)合墻體壓、彎、剪復(fù)合受力機(jī)理提供了更多及更為詳實(shí)的數(shù)據(jù)信息。 4.密肋復(fù)合墻體正截面承載力實(shí)用計算公式的提出 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值分析，建立了密肋復(fù)合墻體軸心及偏心受壓承載力實(shí)用計算公式，并與試驗(yàn)結(jié)果及有限元模型計算結(jié)果進(jìn)行了對比分析，使復(fù)合墻體正截面承載力計算方法及設(shè)計理論進(jìn)一步得到了完善和補(bǔ)充。 5.實(shí)用設(shè)計方法的建立和完善 結(jié)合已有的相關(guān)研究成果，建立和完善了中高層密肋壁板結(jié)構(gòu)房屋