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大型复杂建筑越来越多,剪力墙及核心筒是高层建筑抗震的主体,承担着绝大部分的地震作用,研制抗震性能好的剪力墙及核心筒是高层建筑抗地震倒塌的关键。本文提出了钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙,该新型组合剪力墙将钢管混凝土、钢桁架、剪力墙3体系,型钢与混凝土2种材料优势组合,形成了多重组合剪力墙。当该新型剪力墙的内藏钢桁架斜撑为零杆时,便退化为钢管混凝土边框组合剪力墙。本文对该新型剪力墙进行了较系统的抗震性能试验研究和理论分析。主要贡献如下:
1.提出了钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙抗震新体系。完成了16个不同组合类型、不同轴压比、不同剪跨比、不同混凝土强度、不同抗剪连接键的剪力墙模型在低周反复荷载下的抗震性能试验研究,模型分别按1/4和1/5缩尺。较系统地对各剪力墙的承载力、刚度及其衰减过程、延性、滞回特性、耗能能力和破坏特征等进行了对比分析,为理论分析奠定了基础。
2.建立了钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙承载力简化力学模型和恢复力模型,并发展了有限元分析理论模型。通过对剪力墙试验模型的全过程弹塑性有限元分析,揭示了其抗震机理。同时,通过对不同设计参数剪力墙的计算分析,研究了剪跨比、轴压比、桁架斜撑配钢率、钢管边框柱含钢率、分布钢筋配筋率、混凝土强度等级,对剪力墙力学行为的影响规律。计算结果与实测符合较好。
3.给出了钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙抗震设计方法和构造措施。包括适用范围、一般规定、在结构中的布置原则和构造措施。
主要结论:
(1)钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙的承载力、延性、耗能能力比普通剪力墙和钢管混凝土边框剪力墙显著提高。其中,耗能能力比普通剪力墙提高了264.0%,比钢管混凝土边框剪力墙提高了79.3%。
(2)钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙与普通剪力墙和钢管混凝土边框剪力墙相比,具有良好的抗震屈服机制。内藏钢桁架的存在,具有引导裂缝开展、扩大裂缝分布区域、提高剪力墙的后期刚度、稳定剪力墙性能的作用。
(3)钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙,可用于大型复杂高层建筑的抗震设计。
总之,本文所研究的钢管混凝土边框内藏桁架组合剪力墙比普通混凝土剪力墙抗震性能显著提高。本文所完成的试验研究及提供的理论分析模型已在典型工程应用中取得了良好效果。工程应用表明,其施工简便,易于推广。