半通缝连梁抗震性能有限元分析

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连梁是连肢剪力墙结构中重要的耗能构件,也是抗震设防中的第一道防线,其刚度、延性、承载能力和耗能能力对剪力墙的抗震性能影响很大,历来的研究者们都致力于改善连梁延性和耗能能力方面的研究。在实际高层结构中,受限于建筑功能要求和结构布置,连梁通常以小跨高比的形式出现。已有研究表明,当连梁的跨高比小于2时,连梁大多发生脆性剪切破坏,无法满足剪力墙对其抗震性能的要求。为了改善小跨高比连梁的延性和耗能性能,本文提出一种新型的连梁截面形式:在小跨高比整截面连梁的中轴线位置,通过减缩截面的方式形成半通缝,把原连梁分成上下两根相连的梁肢,对两梁肢分别进行配筋设计,本文将这种新型截面形式连梁称为半通缝连梁。在正常情况下以及低烈度地震作用下,半通缝连梁可以保证与整截面连梁具有基本相同的刚度和承载能力;在高烈度地震作用下,半通缝位置混凝土破坏之后形成上、下两个跨高比为原来两倍的新连梁,通过降低结构刚度来增大结构变形,保证连梁同时具有较大的承载能力和良好的延性性能,以此改善小跨高比连梁的破坏形式,由剪切型破坏转变为弯剪型破坏或弯曲型破坏,从而吸收更多的地震能量,达到保护墙肢的目的。为验证半通缝连梁的抗震性能,本文的研究内容分为以下三部分。首先,详细介绍了ABAQUS中混凝土损伤塑性模型的理论基础和各参数的意义。根据本文中选取的混凝土应力应变关系,以C40混凝土为例,计算出模型中真实应力和真实应变、非弹性应变、开裂应变以及损伤因子等参数。通过算例与试验结果进行对比,说明了模型参数的可靠性。其次,考虑普通连梁、半通缝连梁及双连梁三种类型,借助有限元软件ABAQUS进行数值模拟,对比跨高比为0.75、1.0、1.25的不同类型的连梁在单调荷载和循环荷载作用下的力学性能,结果表明半通缝连梁可以同时兼顾刚度和延性的要求,表现出了良好的抗震性能。最后,对半通缝连梁的开缝高度、交叉斜筋设置、跨高比以及混凝土强度等级等参数进行分析,全面了解半通缝连梁的力学性能。
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