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，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)計計算方法進行了較為深入細致的研究，主要研究內(nèi)容及成果概括如下： 1.進行了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，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以及軸力在邊框柱、肋柱及砌塊間的分配特點，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，并利用試驗數(shù)據(jù)對計算模型的合理性和精確度進行了驗證。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行了細致的分析，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。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，對試驗結(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

5、行了深入細致的研究分析，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.以試驗研究及有限元分析結(jié)果為依據(jù)，按照突出實用、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)計理論與實際工程應(yīng)用提供了科學依據(jù)。 本文的創(chuàng)新之處在于：

8、 1.首次進行了大比例密肋復(fù)合墻體模型軸心受壓破壞試驗及數(shù)值分析理論研究 首次進行了大比例Ⅰ形密肋復(fù)合墻體模型軸心受壓破壞試驗，提出了有效的、不同類型的有限元計算模型，通過試驗及數(shù)值分析，較為系統(tǒng)、細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)定性進行了細致分析，提出了反映密肋復(fù)合墻體構(gòu)造特點、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、剪受力性能試驗研究 首次進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，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，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，為正確認識密肋復(fù)合墻體壓、彎、剪復(fù)合受力機理提供了更多及更為詳實的數(shù)據(jù)信息。 4.密肋復(fù)合墻體正截面承載力實用計算公式的提出 根據(jù)試驗結(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用計算公式，并與試驗結(jié)果及有限元模型計算結(jié)果進行了對比分析，使復(fù)合墻體正截面承載力計算方法及設(shè)計理論進一步得到了完善和補充。 5.實用設(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