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框支剪力墙结构合理破坏机制及控制措施研究

作　者: 刘建伟
导　师: 李英民
学　校: 重庆大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 高层建筑框支剪力墙刚度比破坏机制转换层
分类号: TU312.3
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于建筑美观、功能等方面的需要,框支剪力墙结构成为我国广泛应用的一类结构形式,并有在超高层建筑及大底盘、连体等复杂建筑中推广应用的趋势。但由于可供参考的震害经验及研究成果较少,目前对框支剪力墙结构破坏机制的认识仍比较欠缺,规范对此类结构破坏机制的控制措施部分缺乏合理性,控制效果不尽如人意,符合规范的结构也可能出现抗震性能较差的破坏机制。为探讨框支剪力墙结构的合理破坏机制并提出相应控制措施,本文完成了下列研究工作:(1)完成了4榀1/4缩尺框支剪力墙平面模型拟静力试验,并对试验模型及与相关结构进行了数值模拟和理论分析,提出了框支剪力墙结构可能出现的破坏机制。(2)通过破坏机制不同时结构抗震性能的对比,明确了底层转换及高位转换结构(本文特指底部大空间层数大于1层的建筑)的合理破坏机制。(3)分析了结构破坏机制影响因素,探讨了规范控制措施的不足。(4)提出了结构破坏机制控制措施,包括考虑转换层高度影响的刚度比改进措施,及保障框支层不率先失效的关键部位性能需求。上述研究明确了框支剪力墙结构的合理破坏机制及规范破坏机制控制措施的不足,提出了更为合理有效的控制措施,包括刚度比改进措施及关键构件性能需求措施。研究工作主要取得了以下结论:(1)框支剪力墙结构试验过程中,转换层下部结构刚度较弱,成为薄弱部位。底层转换结构框支柱以剪切变形为主,发生剪切破坏,刚度退化较快;高位转换结构框支柱以剪弯变形为主,薄弱部位位于框支框架顶部及底端,发生大偏压破坏,刚度退化较慢。高位转换结构变形性能稍好但承载能力较低,框支框架中间层大都可以实现“强柱弱梁”机制。(2)依据竖向抗侧力构件主要破坏部位可将框支剪力墙结构破坏机制分为三类,其中破坏部位主要出现在转换层下部的框支剪力墙结构承载能力很低,若框支柱剪切破坏则其变形性能也很差;破坏部位主要出现在转换层上部的结构与转换层上下破坏相对均匀的结构相比,承载能力及变形性能差别不大。(3)“框支层不率先或过早失效”是框支剪力墙结构的合理破坏机制,各类结构均不应采用“框支层过早失效”的破坏机制,底层转换结构不宜采用“框支层率先失效”的破坏机制。(4)规范刚度比控制措施较为合理有效,但限制转换层高度的方法会导致规范范围内的结构具有不同的破坏机制,甚至出现转换层下部结构过于薄弱的情况。(5)以弹塑性层间变形为控制目标,沿用规范刚度比控制方法,并采用考虑转换层高度影响的刚度比限值是更为合理的破坏机制控制措施,相比转换层高度限值控制更为有效。(6)结构上下刚度比较大时框支柱变形需求较高,转换层高度较高时变形需求更大,高位转换结构框支柱抗弯承载能力提高时可降低变形需求,底层转换结构框支柱剪跨比较小时应提高变形需求。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-11
1 绪论  11-31
  1.1 研究意义  11-12
  1.2 带转换层建筑的震害  12-14
  1.3 带转换层建筑试验研究  14-23
    1.3.1 带转换层建筑平面试件试验  14-18
    1.3.2 带转换层建筑空间模型试验  18-23
  1.4 带转换层建筑抗震性能及设计方法研究  23-25
    1.4.1 国内研究现状  23-24
    1.4.2 国外研究现状  24-25
  1.5 本文研究目的及研究内容  25-26
  1.6 本文研究方法介绍  26-31
    1.6.1 结构分析采用的程序和软件  26-30
    1.6.2 地震波信息  30-31
2 框支剪力墙结构破坏机制试验研究  31-61
  2.1 试验概况  31-40
    2.1.1 试验目的与设计思路  31-32
    2.1.2 试件尺寸和配筋  32-35
    2.1.3 试验装置和加载机制  35-39
    2.1.4 量测内容和量测方法  39-40
  2.2 试验现象  40-47
  2.3 试验结果及分析  47-59
    2.3.1 钢筋应变  47-49
    2.3.2 破坏机制及位移延性  49-51
    2.3.3 滞回曲线  51-53
    2.3.4 变形性能  53-56
    2.3.5 承载能力  56-57
    2.3.6 转换层上下结构刚度比  57-59
  2.4 本章结论  59-61
3 框支剪力墙结构可能出现的破坏机制  61-81
  3.1 试验试件及其相近模型的破坏机制  61-64
    3.1.1 加载机制不同时的破坏机制  61-62
    3.1.2 转换层上下结构刚度比不同时的破坏机制  62-64
  3.2 框支柱破坏特征及薄弱部位研究  64-70
    3.2.1 框支柱的破坏特征  64-65
    3.2.2 框支柱的不利受力状态  65-66
    3.2.3 框支柱薄弱部位分析  66-70
  3.3 框支梁承载能力及其薄弱部位研究  70-77
    3.3.1 剪力墙与框支梁的共同受力效应  70-73
    3.3.2 框支梁承载能力分析  73-76
    3.3.3 框支梁薄弱部位分析  76-77
  3.4 框支框架破坏机制探讨  77-78
  3.5 框支剪力墙结构可能出现的破坏机制  78-80
  3.6 本章结论  80-81
4 框支剪力墙结构合理破坏机制探讨  81-93
  4.1 研究思路及研究方法  81-83
  4.2 典型模型的破坏机制  83-86
    4.2.1 底层转换结构  83-85
    4.2.2 高位转换结构  85-86
  4.3 破坏机制不同时框支剪力墙结构的抗震性能  86-90
    4.3.1 底层转换结构  86-89
    4.3.2 高位转换结构  89-90
  4.4 框支剪力墙结构的合理破坏机制  90-92
    4.4.1 抗震性能评价  90-91
    4.4.2 经济性评价  91
    4.4.3 合理破坏机制  91-92
  4.5 本章结论  92-93
5 框支剪力墙结构破坏机制影响因素分析  93-117
  5.1 规范已考虑的破坏机制影响因素  93-100
    5.1.1 转换层上下结构侧向刚度比  93-95
    5.1.2 转换层高度  95-98
    5.1.3 关键部位加强措施  98-100
  5.2 规范未考虑的破坏机制影响因素  100-112
    5.2.1 转换层上下结构刚度退化特征  102-103
    5.2.2 侧向力分布  103-105
    5.2.3 重力二阶效应  105-108
    5.2.4 结构布置及竖向荷载分布  108-110
    5.2.5 楼层数量  110-112
    5.2.6 小结  112
  5.3 对现行规范破坏机制控制措施的评价  112-113
  5.4 破坏机制控制整体思路及其工程适用性探讨  113-115
  5.5 本章结论  115-117
6 框支剪力墙结构刚度比控制措施的改进  117-123
  6.1 刚度比控制措施改进方法  117-118
  6.2 考虑转换层高度影响的刚度比限值  118-122
    6.2.1 刚度比限值确定方法  118
    6.2.2 刚度比限值的基本形式  118-119
    6.2.3 考虑侧向力分布不利影响的方法  119
    6.2.4 考虑重力二阶效应不利影响的方法  119-121
    6.2.5 刚度比限值计算结果  121-122
  6.3 本章结论  122-123
7 保障结构合理破坏机制的关键部位性能需求  123-137
  7.1 框支柱的性能需求  123-130
    7.1.1 分析模型及研究方法  123-124
    7.1.2 框支柱变形性能需求的评价方法  124-125
    7.1.3 底层转换结构框支柱性能需求  125-126
    7.1.4 高位转换结构框支柱性能需求  126-129
    7.1.5 小结  129-130
  7.2 竖向不连续剪力墙承载性能需求  130-136
    7.2.1 竖向不连续剪力墙的受力及破坏特征  130-131
    7.2.2 分析模型及参数  131
    7.2.3 竖向不连续对剪力墙性能的影响  131-133
    7.2.4 刚度特征  133-135
    7.2.5 竖向不连续剪力墙性能需求  135-136
  7.3 本章结论  136-137
8 结论  137-141
  8.1 本文完成的主要工作  137
  8.2 主要研究结论  137-138
  8.3 主要创新点  138-139
  8.4 后续研究工作展望  139-141
致谢  141-143
参考文献  143-153
附录  153-162
  A. 框支剪力墙试件配筋图  153-157
  B. 框支剪力墙试件应变片布置图  157-160
  C. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录  160-161
  D. 作者在攻读博士学位期间取得的科研成果目录  161-162
  E. 作者在攻读博士学位期间参与编写的专著目录  162

框支剪力墙结构合理破坏机制及控制措施研究

内容摘要

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