混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型
轻钢EPS混凝土组合墙体抗剪性能研究
轻钢EPS混凝土组合墙体抗剪性能研究分层装配式支撑钢结构体系集成化程度高、抗震性能好、工业化程度高、绿色环保,是适应住宅产业化的理想结构形式,其维护体系通常采用挂装方式安装的集成式外墙版,但防水可靠性能较差。
针对维护体系存在的问题,课题组提出一种新型轻钢聚苯颗粒(EPS)混凝土组合墙体,该组合墙体通过现场安装轻钢龙骨、墙面板,浇筑EPS混凝土建成,组合墙体的耐候性、防水性、保温性、隔音性能得到了全面提升,同时组合墙体与钢框架的可靠连接,有利于提高结构的整体抗侧刚度和承载力。
本文对轻钢EPS混凝土组合墙体的受力特点、抗剪性能,组合墙体的简化分析方法及组合墙体-轻钢框架受力性能进行深入的研究,主要研究内容如下:采用有限元软件ABAQUS对轻钢EPS混凝土组合墙体进行有限元分析,研究轻钢EPS混凝土组合墙体的受力特点,并与传统冷弯薄壁型钢组合墙体的受力性能做对比分析。
研究表明:与传统冷弯薄壁型钢组合墙体相比,轻钢EPS混凝土组合墙体的内填EPS混凝土给组合墙体提供了约束效应和支撑刚度效应,组合墙体的抗侧刚度、承载能力得到了很大的提升。
为了研究组合墙体骨架壁厚、螺钉间距、立柱间距、单双柱、墙面板材料、墙面板厚度、EPS混凝土强度、墙体高度等参数对轻钢EPS混凝土组合墙体抗剪性能的影响,设计了17个分析模型,采用有限元软件ABAQUS对其进行对比研究,研究表明:墙体立柱壁厚、螺钉间距在一定范围内对组合墙体的受剪承载能力影响较小;墙面板材料特性对组合墙体的受剪承载力影响较大;随着EPS混凝土强度的增大、墙面板厚度的增加、墙体高度的减小,组合墙体的受剪承载能力明显增大。
在轻钢EPS混凝土组合墙体受力性能研究的基础上,借鉴等代拉杆法的研究思想,基于SAP2000中的多线段塑性Pivot连接单元的滞回规则,建立轻钢EPS 混凝土组合墙体的恢复力模型,并提出非线性简化分析方法,研究表明:简化计算模型能很好地模拟组合墙体的强度退化、刚度退化和捏缩效应;非线性简化分析方法简化了建模过程,节省了时间,具有较强的实用性。
密肋复合墙体在拟动力试验下的抗震性能研究
密肋复合墙体在拟动力试验下的抗震性能研究黄炜;陈国新;姚谦峰【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2007(026)003【摘要】密肋复合墙体是密肋壁板结构体系的主要受力构件,其抗震性能及动力特性是密肋壁板结构体系计算理论的核心内容.通过对密肋复合墙体进行拟动力试验研究,介绍墙体的主要破坏形态和破坏过程;分析墙体的动力反应、滞回曲线和骨架曲线;提出墙体的恢复力模型;最后对墙体在不同加速度峰值地震波作用下的破坏程度进行损伤评定.理论研究与试验结果表明:墙体中的砌块、肋格、外框能够在试验的弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段依次发挥作用,具有多道抗震防线;墙体在遭受小震或中震后,具有稳定的水平承载能力及良好的耗能性能,在遭受大震后,仍具有良好的抗倒塌能力;墙体的恢复力模型可以采用退化四线型;墙体的损伤指数可以用来评定墙体在遭受地震后的破坏程度.【总页数】6页(P49-54)【作者】黄炜;陈国新;姚谦峰【作者单位】西安交通大学土木工程系,西安,710049;西安建筑科技大学土木工程学院,西安,710055;西安建筑科技大学土木工程学院,西安,710055;新疆农业大学水利与土木工程学院,乌鲁木齐,830052;西安建筑科技大学土木工程学院,西安,710055【正文语种】中文【中图分类】TU3【相关文献】1.密肋复合墙体抗震性能及设计理论研究 [J], 黄炜;姚谦峰;章宇明;周铁钢;田英侠2.水平载荷作用下密肋复合墙体计算方法研究 [J], 何明胜;姚谦峰;黄炜;李斌3.装配式钢管密肋保温复合墙体抗震性能试验研究 [J], 袁泉;董嘉林;朱洪磊4.横向荷载作用下密肋复合墙体计算模型及承载力计算方法研究 [J], 何明胜;姚谦峰;黄炜;廖小锋;田鹏5.密肋复合墙体轴压作用下受力及影响因素研究 [J], 何明胜;姚谦峰;陈国新;黄炜因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
密肋复合墙体承载力抗震调整系数
密肋复合墙体承载力抗震调整系数你可能没怎么注意过,我们身边的建筑都在默默承受着各种压力,特别是墙体的承载力。
别看它们静静地伫立在那,事实上,它们承受的东西可多了。
你想想,日常生活中,不只是风吹日晒那么简单,还得抵挡地震、风暴这些更严峻的考验。
今天我们要聊的,就是一种特别的墙体——密肋复合墙体,别看名字长得像个“技术大咖”,其实它和你我息息相关。
它的承载力和抗震能力,直接关系到建筑物的安全性。
说白了,就是在地震来时,它能不能保护你不被压成“烤串”!而要让它发挥最大的威力,我们得为它加个“调整系数”,就像给墙体加点“调味料”,让它在地震时不容易“翻车”。
密肋复合墙体听上去有点复杂,其实简单点说就是那种墙体中间有一层钢筋混凝土“肋条”,这些“肋条”就像筋骨,增强了墙体的力量。
它的抗震性能特别棒,因为在地震来时,这些肋条能分散地震波的能量,避免墙体因为震动而崩塌。
说个通俗点的例子,就像咱们人体的骨骼,没了骨头咱哪儿能撑得住?你试试没骨头的软泥人能抗得住地震吗?当然不行!但是,有些时候密肋复合墙体的设计理论和实际情况可就不一定完全一致了。
你想啊,设计师可能在图纸上画得漂漂亮亮的,可现实中地震并不按套路出牌。
它们的震动幅度,方向,强度,甚至发生的时间,都完全没法提前预料。
所以说,墙体的抗震能力得根据具体情况进行调整。
这个调整系数就成了关键!打个比方,就像你打篮球,准备了一套装备,发现场地不平,风速太大,原本的装备可能就不合适了,这时候你得根据场地的实际情况调整一下。
把篮球鞋换成更合适的,或者调整一下投篮的角度,才能确保得分。
说到底,密肋复合墙体的抗震调整系数,正是针对这种不确定因素进行的修正。
根据不同的地震烈度、建筑物的类型、甚至是墙体的施工质量,咱们给这个系数“加油”或者“减负”,从而确保这堵墙在地震时不会被压垮。
你看,这就像给墙体加个保险,给它多点安全感。
通过这个调整系数,建筑师能更精准地计算出,墙体在承受一定地震力量下能表现出怎样的抗震效果。
不同框格形式密肋复合墙体抗震性能对比分析
lzd.T ets slsc n b o cu e olws steb n n i r d o tief mec lmn ’e r e i r c u e ye h tr ut a ec n ld da fl e e s o :a h e d gf l ea usd r ou s al rf l eo c ri t i au n a i au nh mut rb e o o st l w t v — b c lmn .tewalw ud rt a rm I r al rta wo o eswhl e a e li i b d c mp i wal ih f er ou s h l o er tf . e i i l e o te wok e i n t t r i t y h v 1 r e h h eh
第8 卷第 2期 2010年 4月
水利 与建筑 工程学 报
o r a f肠 frRe o r e n c i curl u n lo e s uc sa d Ar ht t a e
V0 . 1 8 No. 2 p r.,2010
不 同框 格 形 式 密 肋 复 合 墙体 抗震 性 能对 比分 析
s e rn .alrsa df l rso ild bo k .w l sa do trfa si u .Co ae t ec mp st l o h e .i h ai gfi e n a u e ff e lc s al lbsa ue me nt m u i l n r mp rdwi t o o i wal ftrerb hh e
Ab ta t sr c :Ac odn o df rn rme 1tc oms h lir b d c mp st al a il lsi e ste tre r c rig t iee tfa .at e fr .t emut.i e o o i w lsc n b many ca s d a h h e .i i b e e i f b
密肋复合墙体稳定系数数值法分析及简化计算_王爱民
第39卷第2期2007年4月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J1Xi.an Univ.of Arch.&Tech.(N atur al Science Edition)V ol.39N o.2A pr.2007密肋复合墙体稳定系数数值法分析及简化计算王爱民1,2,吴敏哲2,姚谦峰2(1.长春工程学院土木工程学院,吉林长春130012;2.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055)摘要:利用有限元方法,以墙体高度、边框柱截面尺寸、肋柱及肋梁布置等作为主要变化参数,对密肋复合墙体在竖向荷载作用下平面内、出平面极限荷载及稳定系数等进行了有限元数值计算,对墙体的破坏特征、稳定系数的影响因素以及砌块对墙体的抗压贡献等进行了分析.通过对有限元计算结果数据的线性回归,给出了密肋复合墙体轴心受压承载力计算公式中稳定系数的简化计算公式,使复合墙体轴心受压承载力计算方法得到了进一步完善,其有限元计算结果可作为复合墙体结构设计的参考.关键词:密肋复合墙体;承载力;稳定系数中图分类号:T U375文献标识码:A文章编号:1006-7930(2007)02-0149-06密肋复合墙体主要由密肋复合墙板及边框架构成[1].在前期的理论与试验研究成果[2]中,对复合墙体在竖向荷载作用下的轴心受压承载力提出了计算公式,式(1)为其表达式.该公式主要由两大部分组成:(1)忽略填充砌块对墙体抗压贡献,同时不考虑墙体初始缺陷和荷载初始偏心时墙体的轴心受压承载力(墙体平面内承载力);(2)考虑墙体初始缺陷和荷载初始偏心后轴心受压承载力的降低系数(稳定系数).文献[2]中所给出的稳定系数计算公式是借用砌体结构的稳定系数表达式,未考虑边框柱、肋柱及肋梁对抵抗出平面弯曲的作用,因此,文献[2]提出的稳定系数计算结果偏小,用其计算墙体的轴心受压承载力将过于保守,造成设计上的不经济.因此,研究复合墙体在竖向荷载作用下承载力的影响因素,建立符合该结构体系受力特点的稳定系数计算公式是非常必要的.本文应用AN SYS8.1程序,对不同参数条件下复合墙体在竖向荷载作用下的承载力进行了数值计算与分析,提出了满足工程设计需要及精度要求的稳定系数简化计算公式,使复合墙体轴心受压承载力计算公式得到了进一步的完善.N u=U N pm u=U(f ck A ck+f cl A cl+f c yk A c sk+f c yl A c s1)(1)式中:N u为复合墙体截面轴心受压承载力,即墙体出平面承载力;N pm u为忽略砌块作用后复合墙体平面内承载力;L复合墙体稳定系数;A ck、A cl为复合墙体边框柱及肋柱截面总面积;f ck、f cl为复合墙体边框柱及肋柱混凝土轴心抗压强度;A c sk、A c sl为复合墙体边框柱及肋柱纵向钢筋面积;f c sk、f c sl为复合墙体边框柱及肋柱纵向钢筋抗压强度.1有限元分析计算模型1.1基本假定(1)复合墙板中填充砌块与混凝土框格、墙板与边框架紧密结合,忽略构件之间产生的微小裂缝.(2)不考虑柱及梁中的箍筋.(3)墙体顶部竖向变形均匀且受楼板的约束无平面外水平侧移.1.2有限元计算模型有限元计算模型采用整体式配筋的实体单元模型,即混凝土及砌块采用SOLID65单元,将柱及梁中纵筋作为实体单元中的rebar,以钢筋的体积配筋率及其方向作为实参数.考虑混凝土、砌块及钢筋材料的非线性性质,三种材料的本构关系采用文献[2]提供的模型.1.3分析对象、计算参数及计算模型以单层单跨复合墙体作为分析对象,模型尺寸按实际尺寸缩尺1/2.柱与梁混凝土均采用C20,砌*收稿日期:2006-01-12修改稿日期:2006-06-05基金项目:国家自然科学基金项目(50578011)作者简介:王爱民(1959-),女,陕西彬县人,教授,博士研究生,主要研究方向:混凝土结构理论与工程应用研究.块为普通加气混凝土砌块(弹性模量为1600N/mm 2),钢筋为H PB235,柱及肋梁配筋率为1.2%.墙体的基本尺寸为:墙宽:1.96m,墙厚:0.1m,肋柱及肋梁截面:0.1@0.05,暗梁截面:0.1@0.15,边框柱为矩形.以肋柱布置、边框柱截面高度、墙体高度、肋梁布置等作为变化参数,组成不同的有限元分析模型,图1为高度为1.45m 的墙体当肋柱分别为3、4及5根布置时的几何尺寸图,对墙体高度、肋柱及肋梁布置有变化的墙体,其平面尺寸与高度为1.45m 的墙体相同,其高度方向尺寸根据其肋梁根数按沿墙高等间距布置原则确定.墙体模型的编号、模型计算参数变化及有关几何特征值分别见表1至表3.(a)Th ree ribb ed colum n (b)Four ribbed column (c)Five rib bed colum n图1 高度为1.45m 的墙体几何尺寸Fig.1 Geometric siz e of the w all of heig ht being 1.45m表1 墙体模型计算参数及其变化Tab.1 Analysis parameters and its changes of the modelW all ser ies N umber B End fr ame column section heig ht/m Ribbedco lumnquantitiesRibbedbeam quantitiesQ T -12.512.50.1、0.33、4、54Q T -14.514.50.2、0.34、54QT-17170.2、0.34、54QT-22220.2、0.34、55Q T -27-6L 270.2、0.34、56Q T -27-5L 270.2、0.34、55Q T -27-4L 270.2、0.34、54Q T -27-2L 270.2、0.34、52表2及表3中所示的全部梁的面积率Q l 等于梁截面积与墙体纵截面积之比;全部柱面积率Q c 等于在墙体水平截面中全部柱的面积与墙体横截面积的比值.当边框与墙板采用的混凝土强度等级不相同时,可按二者的抗弯(轴向)刚度进行等效换算.建模时,利用墙体在受力及构造上的对称性,墙体的宽度尺寸可取其总宽的一半.模型的边界条件:墙体底部固定,顶部设出平面Z 向位移自由度约束及竖向位移自由度耦合.在墙体中部的对称边界设水平方向的位移约束.表2 高度为2.7m 的墙体具有不同肋梁数量时的编号及肋梁面积率Tab.2 Wall num ber and rib bed beam area ratio w ith 2.7m h eight and differen t ribb ed beam quantitiesR ibbed beam quant ities6542Wall number QT -27-6L QT -27-5L QT -27-4L QT -27-2LQ l0.1670.1480.1300.074表3 反映肋柱数量及边框柱截面高度的编号及柱面积率T ab.3 Num ber and column area ratio reflecting rib bed column quan tities and end frame colu mn section h eightRibbedco lumn quantities 33444555End frame co lumnsection height/m 0.10.30.10.20.30.10.20.3Number -C 3LZ -13LZ -34LZ -14LZ -24LZ -35L Z -15LZ -25LZ -3Q c0.1840.3880.2040.3060.4080.2350.3370.4392 有限元计算结果及其分析2.1 平面内承载力表4列出了高度为1.45m 的墙体其平面内极限荷载计算结果,其中包括考虑砌块作用与不考虑砌块作用两种情况.表中砌块的抗压贡献为考虑和不考虑砌块作用的墙体极限荷载相差的百分比.由表中数据可知:填充砌块对墙体平面内承载力的贡献随柱的面积率的增大而减小.当柱面积率为150西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第39卷0.439时,填充砌块的抗压贡献仅为12%,而当柱面积率为0.184时,其抗压贡献超过30%.考虑到砌块在大震中会脱落,并使墙体设计具有一定的安全储备,计算墙体受压承载力时,可不考虑砌块的抗压表4 Q T -14.5墙体平面内极限荷载T ab.4 U ltimate load in -plane of w all number QT -14.5Wall N um.3LZ -13LZ -34L Z -14L Z -24-L Z -35L Z -15L Z -3Wall w ith blocks,N u1/kN 1210199013081696207014142168Wall w ithout blo cks,N u2/kN 81417168861326179010221908Calculating result o f for mula (1),N u3/kN 81517219061358181110411947Contributio n o f blockst o resist com pr essio n of w all /%32.713.832.321.813.527.712.0N u2/N u3 1.00 1.000.980.980.990.980.98贡献.这样以来,应按照使柱承担的轴力不小于总轴力的80%左右,即要求柱的面积率不应低于0.3原则确定肋柱数量及其间距.由图1可见,当肋柱为均匀布置时,该要求即满足肋柱间距不超过900mm.从表4还可得知,不考虑砌块作用时有限元计算结果与按式(1)的计算结果十分接近,表明忽略砌块作用时,各柱强度均能充分发挥,即按式(1)计算不考虑砌块作用时墙体的平面内承载力具有较好的精度.2.2 考虑墙体初始缺陷及竖向荷载2.2.1 线性特征值分析[3]利用ANSYS 提供的特征值屈服分析模块,通过完成求静力解、特征值解及展开解等计算步骤,最终提取第1个特征值解,该解即为墙体的线性失稳临界荷载,而其位移矢量即为墙体的失稳形状.2.2.2 考虑墙体初始缺陷及竖向荷载初始偏心后的墙体极限荷载[3-4]墙体初始缺陷的施加:以墙体第1特征矢量失稳形状作为依据,在求解前使无缺陷墙体的各节点坐标发生一个初始位移,墙体初始缺陷施加的大小即通过此初始位移值反映.经对几榀不同高厚比墙体施加不同初始位移值的计算结果比较,同时考虑墙板制作质量的要求规定[5],为偏安全设计,对本文选取的1/2比例的模型统一取最大的初始位移值为10mm.(a)Four ribbed column (b)Five ribb ed column图2 墙体破坏时出平面Z 向位移云图Fig.2 Zdirection displacementnephogram图3 墙体柱混凝土及砌块最大压应力-荷载曲线M -C )中肋柱;E -C )边框柱;B )砌块Fig.3 Cur ve of max imum compression stress -load of column con crete and block s in th e wallM -C )m iddle ribb ed column ;M -C )end frame column;B )blocks(1)墙体的破坏特征图2分别为具有4根及5根肋柱布置的墙体达到其极限荷载时出平面的Z 向位移云图,图3为两榀墙体边框柱及中肋柱中部截面受压较大一侧混凝土及砌块的平均应力随竖向荷载增大的变化曲线.由图2可知,两边无支承的复合墙体,在考虑墙体初始缺陷及竖向荷载的初始偏心后,沿墙体高度方向的出平面最大位移发生在墙体中部附近,而沿墙体宽度方向的出平面最大位移则发生在边框柱截面端部.由图3可知,边框柱及肋柱受较大压力一侧的混凝土极限应力达到其抗压强度,砌体达到其抗压强度的90%左右,表明考虑初始缺陷及荷载初始偏心后墙体的破坏为混凝土柱弯曲受压破坏,属材料破坏模式.(2)墙体出平面的极限荷载表5列出了部分墙体的出平面极限荷载.从表中数据可知:墙体出平面极限荷载随墙体柱面积率及梁面积率的增大而增大,随墙体高厚比的增大而降低,柱面积率为0.439的出平面极限荷载平均为柱面积率为0.306出平面极限荷载的1.3倍,表明边框柱及肋柱在墙体抵抗出平面纵向弯曲变形中具有较大贡献.151第2期 王爱民等:密肋复合墙体稳定系数数值法分析及简化计算2.2.3 墙体稳定系数及其影响因素分析为确定计算墙体稳定系数U 时墙体的平面内承载力取值依据,以高厚比B 为12.5的墙体作为分析对象,分别计算其墙体平面内承载力及出平面承载力,计算结果列于表6.从表中数据可看出,二者的相对误差不足4%,表明可取12.5作为墙体稳定计算的最小高厚比,并以其平面内承载力作为所有墙体稳定系数计算的依据,即所有墙体的稳定系数U 等于其出平面承载力与高厚比为12.5的相应墙体(边框柱截面、肋柱及肋梁布置相对应)的平面内承载力的比值.考虑到小高层复合墙体结构中常用的最小墙板厚度为150,若最小层高取2.6m ,则其高厚比为17.3.故取高厚比为12.5作为承载力计算的最小值可以满足工程需要.墙体模型稳定系数计算结果列与表7中.表5 墙体出平面极限荷载/kNTab.5 Ultimate load of the w all out -planeWall ser iesN um.Number -C 4L Z -24L Z -35L Z -25L Z -3Q T -12.51536187416482000Q T -14.51508184216221968Q T -171474180215801920Q T -221456177815601890QT-27-6L 1448176415481876QT-27-5L 1440175815441874QT-27-4L 1430174815341862QT-27-2L1374169014861820表6 高厚比为12.5m 墙体平面内及出平面极限荷载Tab.6 Ultim ate load in -plane and out -plan of the w all(B =12.5)N umber -C 4L Z -24L Z -35LZ -25LZ -3U ltimate load in -plane,N u1/kN 1598194417002056U ltimate lo ad out-plane,N u2/kN1536187416482000N u2/N u10.9610.9640.9690.973Relat ive err or betw eenN u2and N u1/%3.93.63.12.7表7 无砌块与有砌块墙体稳定系数对比Tab.7 Contrast of bu cklin g coefficient of the w all w ithout an d w ith block s B and beamnumber Number -C4LZ -24L Z -35L Z -25LZ -3Wal-l B *Wal-l N B **Wal-l B W al-l N B Wal-l B Wa l -l NB W al-l B Wal-l N B12.5、40.9610.7400.9640.8050.9690.7700.9730.82714.5、40.9440.7330.9480.7990.9540.7650.9570.82117、40.9220.7260.9270.7880.9290.7550.9340.80922、50.9110.7180.9150.7800.9180.7480.9190.80027、60.9060.7130.9070.7760.9110.7400.9120.79327、50.9010.7100.9040.7730.9080.7380.9110.79327、40.8950.7050.8990.7690.9020.7340.9060.78827、20.8600.6770.8690.7430.8740.7110.8850.770 W al-l B *:W all with blocks;Wal-l N B **:Wall w ithout blo cks由于影响墙体稳定系数U 的因素较多,如墙体高厚比、柱面积率、梁面积率、墙体高宽比、砌块的抗压贡献等,这些因素有些还存在交互影响.故对复合墙体的稳定性能进行深入透彻的分析比较困难.本文仅从满足工程设计需要出发,在常用墙体尺寸及肋柱肋梁布置的范围内,对墙体稳定系数的计算结果进行分析,旨在能对工程设计提出合理建议.由表7数据可知,墙体稳定系数主要受下列因素的影响.(a)Influence of h eight thick nes s ratio (b)Influen ce of beam area ratio图4 墙体稳定系数的影响因素Fig.4 Influen ce factors of b uckling coefficient of the w all(1)墙体高厚比图4a 为墙体稳定系数U 随高厚比B 变化的曲线.由图及表7中数据看出,在墙体宽度、肋梁间距及肋柱布置相同的条件下,U 随B 的增大而呈非线性的降低,表明高厚比是影响墙体稳定系数的主要因素.同时,在墙体高厚比相同时,稳定系数随柱面积率的增大略有增大.(2)梁面积率图4b 为高厚比为27墙体的稳定系数随梁面积率Q l 变化的曲线.从图中及表7数据看出,当墙体高度一定时,U 随Q l 的增大而增大,但Q l 的影响并不十分明显,表明墙体中砌块对肋柱也具有较强的侧向支撑作用.另外,152西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第39卷当肋梁面积率相同时,U 随柱面积率的增大略有增大.因此,当复合墙体中的肋梁布置均匀且间距适当时,可不考虑梁面积率对稳定系数的影响.(3)砌块对墙体抗压的贡献为分析填充砌块对墙体弯曲抗压的贡献及其对墙体稳定系数的影响,在上述墙体模型中取掉砌块,对无砌块的墙体进行了考虑初始缺陷及荷载偏心距后的出平面承载力及稳定系数计算(以高厚比为12.5无填充砌块墙体平面内承载力作为依据).(a)Influen ce of colu mn area ratio (b)Influen ce of beam area ratio图5 砌块对墙体的抗压贡献Fig.5 Contribution of block s to resist compression of the w all无填充砌块与有填充砌块墙体稳定系数的对比值可从表7中得到.图5为砌块对墙体抗压贡献n B 与墙体柱面积率Q c 、梁面积率Q l 及高厚比B 的关系曲线.从表中数据及图可知,当墙体Q l 相等时,n B 随Q c 的增大而降低,随B 的减小而增大.同时,当B 及Qc 相等时,n B 随Q l 的增大变化甚微,表明当墙体发生出平面纵向弯曲时,砌块对柱的支撑作用与肋梁的间距关系不大.图6 稳定系数简化计算公式与有限元计算结果对比Fig.6 Contras t of bu ckling coefficient result us ing simplified formula withfinite elemen t method 3 墙体稳定系数的简化计算公式由以上分析可知,复合墙体稳定系数的影响因素较多且复杂,但当肋柱及肋梁布置满足一定要求时,这些因素的交互影响及一些因素的影响可忽略不计,因而为稳定系数的简化计算提供了依据.3.1 基本假定由上分析,为简化计算,提出以下假定:(1)忽略砌块作用,按无砌块墙体确定稳定系数.(2)忽略梁面积率对稳定系数的影响.(3)以最小的柱面积率(01308)为依据确定稳定系数,在此基础上考虑不同柱面积率的修正系数.3.2 墙体稳定系数简化计算公式[6-7]利用曲线拟合的最小二乘法对上述墙体模型在竖向荷载作用下稳定系数的有限元计算结果数据进行回归,得出稳定系数的简化计算公式如式(2)所示.U =0.70+8.67B2C c (2)C c =0.80+0.71Q c (3)式中:U 为墙体稳定系数;C c 柱面积率对的修正系数;Q c 柱面积率.图6为墙体稳定系数用式(2)的计算结果与有限元计算结果的对比,由图可见,二者吻合较好,表明本文提出的墙体稳定系数简化公式的计算结果153第2期 王爱民等:密肋复合墙体稳定系数数值法分析及简化计算154西安建筑科技大学学报(自然科学版)第39卷能满足工程精度要求.4结论(1)密肋复合墙体中填充砌块对墙体受压承载力具有一定贡献,其贡献大小随柱面积率的增大而降低.当肋柱布置均匀,且柱面积率不小于0.4时,该贡献最大为20%.工程设计时,对柱面积率不小于0.4的墙体可忽略砌块的抗压贡献.(2)密肋复合墙体稳定系数随墙体高厚比的增大而降低,随柱和梁面积率的增大而增大.当肋梁布置均匀,且其间距不超过1500m m时,可不考虑梁面积率对稳定系数的影响.(3)密肋复合墙体的稳定系数可按本文提出的简化计算公式计算,经与有限元计算结果对比,该公式具有一定精确度,可满足工程设计要求.参考文献References[1]西安建筑科技大学建筑工程新技术研究所.密肋壁板轻型框架结构理论与应用研究[R].西安:西安建筑科技大学,20001Xi p an U niv.of A rch.&T ech.Co nstr uctio na l Eng ineer ing N ew T echnolog y Research Institute.T heor etical and a p-plied st udy o n mult-i ribbed slab lig ht frame structure[R].Xi p an:Xi p an U niv.o f A rch.&T ech.,20001[2]黄炜.密肋复合墙体抗震性能及设计理论研究[D].西安:西安建筑科技大学,2004.H U A NG W ei.Resear ch o f seismic per for mance and design theor y o f mult-i r ibbed slab w all[D].Xi p an:Xi p anU niv.of A r ch.&T ech.,20041[3]丁美.结构稳定分析中的A N SY S应用[J].低温建筑技术,2003,96(6):42-441DIN G M ei.A pplications of A NSY S in the structural stability ana lysis[J].L ow T emperatur e Constructional T ech., 2003,96(6):42-44.[4]邬喆华,楼文娟.薄壁混凝土墙体稳定性分析[J].浙江大学学报:工学版,2002,4(36):361-365.WU Zhe-hua,LO U Wen-juan.A naly sis of stability for thin co ncr et e w all[J].Jo urnal of Zhejiang U niver sity:Eng-i neer ing Science,2002,4(36):361-3651[5]陕西省工程建设标准.密肋壁板结构技术规程(D BJ/T61-43-2006)[S].西安:陕西省建设厅,2006.Shaanx i pro vince eng ineering co nstr uction st andard.T echnical specificatio n fo r mult-i r ibbed slab structure(DBJ/T 61-43-2006)[S].X i p an:Shaanx i Const ruct ion Department,20061[6]李庆阳.数值分析[M].北京:清华大学出版社,20011L I Q ing-y ang.N umerical analysis[M].Beijing:T sing hua U niv.Pr ess,20011[7]王能超.数值分析简明教程[M].北京:高等教育出版社,2003.W AN G Neng-chao.Simple course in numer ical analy sis[M].Beijing:H ig her Educatio n P ress,20031(编辑李斌) Numerical method analysis and simplified calculation of thebuckling coefficient of the mult-i Ribbed composite wallW AN G A i-min1,2,W U M in-z he2,YAO Qian-f eng2(1.Scho ol of Civ il Eng1,Chang chun Ins.of T ech.,Chang chun130012,China;2.School of Civ il Eng1,Xi p an U niv.o f Ar ch.&T ech.,Xi p an710055,China)Abstract:U tilizing F inite Element metho d,and using w all heig ht,cross-sect ion size of end fr ame co lumn,and ar range-ment o f ribbed column and ribbed beam as parameter s,this paper makes numerical calculation in limit load o f in-plane and out-plane and buckling co efficient of the mult-i ribbed composite w all,and analysis fo r failure feature,influencing facto rs of buckling coefficient and contr ibut ion of in-filled blo cks fo r resist co mpr ess o f co mpo site w all.T he paper put fo rw ard simplified calculation for mula of buckling coefficient by using linear r eg ressio n for calculatio n results,and computatio nal met ho d of ax ial compression bear ing capacit y of the composite wall is per fect ed fur ther.T he results of finite element ana-l y sis can be used as r eference fo r design of the composite w all.Key words:mult-i r ibbed comp os ite w all;bear ing cap acity;buckl ing coef f icient*Biography:W ANG A-i min,Professor,Candidate for Ph.D.,Changchu n130012,P.R.Chin a,T el:0086-431-5948927,E-mail:w an-gaimin88@。
高层建筑混凝土墙体力学结构抗震性能分析
高层建筑混凝土墙体力学结构抗震性能分析摘要:当前,如何提高高层混凝土建筑的抗震效果已经成为城市高层建筑物建设过程中广泛关注的问题,也是一个难以有效解决的问题。
想要提高高层混凝土建筑物的抗震效果,不仅仅需要从建筑物所在位置的地质构造入手,还要考虑建筑物所使用的建筑材料以及建筑物的结构特点。
因此,为了使得高层混凝土建筑物具有更强的抗震性能,需要对其结构进行科学合理的优化。
关键词:高层建筑;混凝土;墙体;抗震性能1 高层建筑混凝土墙体有限元模型1.1 混凝土材料本构模型为了方便分析高层建筑混凝土墙体结构的动力非线性时程和弹塑性,结合OpenSEES资料库,选择Concrete01作为混凝土墙体的本构模型。
通过Mander模型描述高层建筑混凝土墙体构件中存在的应变-应力关系。
根据约束状态不同的混凝土划分高层建筑混凝土墙体,将墙体分为弱约束混凝土、无约束混凝土和强约束混凝土3种类型。
Mander混凝土本构模型中应变与应力之间的关系曲线如下。
图1 应力与应变的关系曲线图1中,f'c0代表的是无约束混凝土墙体的峰值应力;f'cc代表的是约束混凝土墙体的峰值应力;εc0代表的是无约束混凝土墙体的峰值应变;εcc、εcu分别代表的是约束混凝土墙体的峰值应变和极限峰值应变;Ec代表的是弹性阶段混凝土的模量;Esec代表的是割线模量。
设fc代表的是应力与应变之间的关系,其计算公式为:(1)式中,参数x=εc0/εcc、Esec=f'cc/εcc、r=Ec/(Ec-Esec)。
通过Ken-park模型得到无约束混凝土前墙体的峰值应变εc0。
(2)约束混凝土墙体的峰值应力f'cc与混凝土有效约束面积、体积配箍率和箍筋形状有关,根据侧限有效应力f'l和无约束混凝土墙体的应力f'c0计算得到:(3)约束混凝土高层建筑墙体峰值应变εcc的计算公式为:(4)极限破坏应变εcu随箍筋和纵筋受分布、形状以及体积配箍率的变化而变化,εcu的计算公式为:(5)式中,Ks代表的是极限应变和峰值应变之间存在的比值系数。
混凝土结构抗震性能与设计-课件-2
+ cu + ku = − mu g (t ) mu
当输入地震动时程为数字序列时,需数值积分求解 时程分析法的核心(包括非线性) 地震波选取、分析程序、单元模型、材料本构等 地震波选取 分析程序 单元模型 材料本构等 求解结构地震反应的两类方法 地面运动→弹性反应谱→设计反应谱(标准反应谱) 设计(标准)反应谱→底部剪力法 振型分解法+设计反应谱→振型分解反应谱法 多条地面运动→时程分析法→弹性、弹塑性反应
T—体系自振周期 α—地震影响系数 ζ—结构体系的阻尼比
F = mSa (T) = mg xg
max
k:地震系数。例如7度0.1g区的含 义是,该抗震设防烈度对应的设计 基本地震加速度(475重现期地震动 影响下,设计采用的地面运动峰值 加速度)为0.1g,因此,7度0.1g区 01 “中震 中震”下的地震系数k为0.1
重庆大学
混凝土结构抗震性能及设计
2014年3月5日星期三
重庆大学
混凝土结构抗震性能及设计
2014年3月5日星期三
弹性反应谱
弹性反应谱的形成
T→Sa:0.389 s→564 in/s2
弹性反应谱
弹性反应谱的形成
T→Sa: 1.0 s→400 in/s2
重庆大学
混凝土结构抗震性能及设计
2014年3月5日星期三
地震动振幅仅对地震反应谱值大小有影响 地震动频谱组成特征对地震反应谱的形状有明显影响 场地条件、震中距、震级 阻尼可减小地震反应,持时对弹性反应谱影响不大
弹性反应谱的物理意义
反映了不同自振周期SDOF最大反应加速度的差异 一定程度上体现了这一条地震波不同频率(周期)的振动分 量携带能量的多少 地震震级中等偏大、震源距不太远的Ⅱ类场地所得地震动 记录的弹性反应谱的较典型特征是: 短周期及较短周期振动携带的能量多 越长周期的振动,携带的能量越少
关于复合墙民用住宅的抗震设计结构研究分析论文
关于复合墙民用住宅的抗震设计结构研究分析论文关于复合墙民用住宅的抗震设计结构研究分析论文国内尤其是广大乡村城镇地区已建成的底部框架结构中,底层一般采用砖砌体作为抗震墙,抗震规范和砌体规范对此类抗震墙的设计做出了相应规定。
针对地震作用下砖砌体墙容易开裂、延性较差的问题和设置混凝土墙带来的刚度过大等不利影响,提出在房屋底层设置一种新型抗侧力构件—一密肋复合抗震墙,形成底部框架—一密肋复合墙上部砌体房屋结构(简称底部框架—一复合墙结构)。
本文结合课题组前期对密肋复合墙、框架-密肋复合墙的研究成果,对底部框架—一复合墙结构的抗震设计方法、构造措施等方面进行较为系统的介绍,以利于今后对底部框架房屋结构的研究和工程应用。
1上部砌体结构密肋复合墙是以截面及配筋较小的钢筋混凝土为框格,内嵌以各种具有一定强度的轻质砌块工地现浇或工厂预制而成。
密肋复合墙在水平荷载作用下,与隐形外框架共同工作,两者相互作用,充分发挥各自性能,以密肋复合墙为主要受力构件、与隐形外框架和现浇楼板组成的装配整体式密肋壁板结构,已在我国部分省市的多层和小高层住宅体系中得到应用。
底部框架房屋的设计中,砌体层与底部框架—一抗震墙层刚度比值的控制是决定这类房屋抗震性能优劣的关键性因素,其中一个重要的原因在于无论是砌体墙还是混凝土墙,在墙体截面面积固定不变的条件下无法实现刚度的自由调整,造成上下层刚度比值难于控制,而密肋复合墙可以有效解决墙体面积不变时其抗侧刚度的调整问题,从而满足不同条件下结构对抗震墙的.设计需求。
2抗震性能研究框架—一密肋复合墙体受力特点。
为了研究反复荷载作用下框架与复合墙协同工作机制、破坏形态和极限剪承载能力,进行了内置“十”字形、“丰”字形、“井”字形等不同框格形式的框架—一复合墙荷载试验。
框架—一复合墙荷载试验结果表明:①试件破坏形式均是剪切型,内墙板中填充砌块首先开裂,继而墙板框格(主要是肋梁)端部形成塑性铰,最后外框架柱发生压弯破坏,框架-复合墙体具有明显的双重延性受力特点;②内填砌块与混凝土框格、复合墙板与外框架相互支撑、相互约束,依照各自刚度大小承担相应荷载,并在荷载作用过程中不断进行内力重分配与调整,具有良好的协同工作性能;③密肋复合墙板的独特构造特点,减小甚至避免了砌体墙发生平面外破坏的可能,砌体在破坏阶段仍能发挥一定支撑作用;较小的框格有利于控制墙体裂缝分布,避免形成贯通框架对角的主斜裂缝,同时增加了墙体变形能力,使得后期变形更为平缓;④处于压弯状态的肋柱较拉弯状态的肋梁破坏轻微,在荷载作用的整个过程中均能保持竖向承载力,始终分担试件所承担的竖向荷载,表现出良好的抗倒塌能力。
不同间距设置芯柱-纤维石膏速成板组合墙体抗震性能有限元分析
第4 3卷
第7 期
天
津
大
学
学
报
、0 .3 No 7 ,1 4 .
J . u1201 0
21 0 0年 7月
J u n l f ini nv ri o r a a j U ies y oT n t
不 同 间距 设 置芯 柱 一 纤维 石 膏速 成 板 组 合墙 体
抗 震 性 能有 限元 分 析
c r o ceewe eetb ih dwi o ec n rt r sa l e t ADI s h NA n t lm e ts fwae t ev ldt f ihwa e i e ye p r e — i e f i ee n ot r , h aii o c s rf db x ei n y wh v i m
谷 岩 ,姜 忻 良
( 天津 大学 建 筑 工 程 学 院 ,天 津 3 0 7 ) 002 摘 要 :在 对 不 同 间距 设 置 芯 柱 一 维 石 膏 速 成 板 组 合 墙 体 试 验 研 究的 基 础 上 , 用 A NA 有 限元 软 件 建 立 不 同 间 纤 利 DI
复合墙板结构抗震性能的数值模拟研究
Nu me i a i l to s a c n S imi e f r a c fCo rc lS mu a i n Re e r h o es c P r o m n e o mp st a l o r t u t r o ie W l a d S r c u e b
Ja g Xi-in in n l g,Z a g Y —h ( colfCv n nen ,T nnUi rt inn307 ,C i ) a h n uz i Sho o il i e i iE g r g i j n ei ai v sy,Ta i 0 02 h a j n
维普资讯
第2 9卷 第 4期 20 0 7年 8月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
V0 . 9. 1 2 No.4 Au g.2 0 07
E rh u k ssa tEn i e rn n toi i g a tq a e Re it n gn e ig a d Rerf tn t
通 过 对 六 孔 满 灌 复合 墙 板 模 型 在 低 周 反 复荷 载 下 的 试 验 结 果 进 行 计 算 对 比 分 析 , 证 其 可 行 性 , 后 对 复 合 墙 板 房 屋 单 元 模 验 而
型进行时程分析计算 , 究地震作 用下房屋单元的受力过程 。 研
[ 键 词 ] 复 合 墙 板 结 构 ; 震 性 能 ; N Y ; 程 分 析 关 抗 A SS时 [ 图 分 类 号 ] T 37 T 39 中 U 1 ;U 5 [ 献标识码 ] A 文
振 频率 、 位置 峰值 加 速度 的分 析 及 对 模 型 试 验 现 各 象 的观 测 , 研究 其抗 震性 能 。
印 度 试 验 模 型 平 面 尺 寸 为 12 m × 16 70 m 75
复合混凝土-石膏墙板接触面抗剪性能试验研究
Ex pr e me n t a l Re s e a r c h o n S he a r i ng Pr o pe r t y o f Co mp o s i t e Co n c r e t e ・ p l a s t e r Wa l l b o a r d
摘
要: 对复合混凝 土 一石膏墙板进行 了聚苯板 与石膏板 之 间、 石膏板 与混凝 土之 间连 接面 的抗 剪性
能试 验 , 比较 了 3组 9 个试件 的破坏过程 、 裂缝形态 、 荷 载位移 曲线 、 抗剪承 载力 和最大相 对位移 。试验 结果表 明 , 石膏板与混凝土之 间和聚苯板 与石 膏板之 间的粘接起决定性作用 , 连接面的抗剪承 载力均远
J I AN G Xi n — l i a n g ,YI D i n g ,X U AN B o ,J I AN G Yi n . q i n ,MA S h a o . c h u n , ( 1 . A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ,T i a n j i n U n i v e r s i t y ,T i a n i f n 3 0 0 0 7 2 ,C h i n a ; 2 . K e y L a b o r a t o r y o fMi n i s t y r fE o d u c ti a o n f o r C o a s t a l C i v i l E n g i ee n r i g & n r u c t re u a n d S a f e t y ,T i a n i f n U n i v e r s i t y ,T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ,C hi a; n
新型混凝土石膏板简化体系研究
新型混凝土石膏板简化体系研究新型混凝土石膏板简化体系研究姜南1,2闫少坡1(1.天津大学建筑工程学院300072;2.滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072)摘要:新型混凝土石膏复合板材中的各种组分材料性能复杂,弹性常数难以确定限制了其在工程中的应用。
为解决墙板的计算问题,文章通过对隔孔灌混凝土石膏复合板结构进行详细分析,从墙板中选取一个代表性体积单元,运用均质化假设和变形协调理论计算出了该单元的各项弹性常数。
将材料性能复杂的复合墙板等效为一种材质单一、弹性常数确定的均质矩形板。
通过将ANSYS软件建立的简化计算模型与隔一孔、隔两孔灌混凝土石膏板实体模型进行对比,验证了该简化计算方法的可行性。
本文的研究为新型混凝土隔孔灌石膏复合板的计算提供了一种简便计算方法。
关键词:简化计算均质化石膏板变形协调1 概述混凝土灌芯纤维石膏板最早起源于澳大利亚,专家、学者从20世纪90年代就开始了对此类墙板的研究。
但是,澳大利亚是一个无震害国家,为拓宽该墙板的应用范围,许多国家(如美国、意大利、印度)的科研所、公司(如isospan Ltd)、学校对仅有竖向孔腔的石膏板进行了一些研究[1-4]。
目前,国内对于混凝土纤维石膏板的研究主要是针对仅有竖向垂直孔腔的石膏墙板,按照研究的内容可以分为:试验研究[5-8]和计算方法研究[9-13]。
张月楼[14]对5组混凝土灌芯纤维石膏板T 形节点进行了低周反复荷载试验研究;刘康[15]对14块混凝土灌芯纤维石膏板进行了低周反复荷载试验研究。
姜忻良[9]提出将石膏板简化为混凝土芯柱的弹性支撑模型;姜南[16]提出一种材料等效计算方法。
天津某公司对引进的澳大利亚石膏空心板生产线进行了设备改造,改造后不仅可以改变所生产板材的厚度,而且可以在每个石膏隔板沿高度方向上隔一定的间距进行开洞,使多个同一高度处开洞的隔板在横向可以贯穿。
灌注混凝土时,不但会形成竖向的混凝土芯柱,而且也会形成横向的混凝土梁,构成了便于在密肋梁和密肋柱中布置钢筋的新型混凝土石膏墙板。
轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板的抗震性能
integrity and seismic performanceꎻthe incorporation of polypropylene fibers and the increase of cement dosage in light steel skeleton
第 46 卷第 1 期
2024 年Journal of Nanchang University( Engineering & Technology)
Vol.46 No.1
Mar.2024
刘铖聪ꎬ白羽ꎬ苏何先ꎬ等.轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板的抗震性能[ J] .南昌大学学报( 工科版) ꎬ2024ꎬ46(1) :61 ̄68.
cement fly ash foamed wall panels can effectively improve the seismic performance and lateral stiffness of the wallsꎬenhance the bearing
capacity and ductility of the wallsꎬand also significantly increase the deformation capacity as well as the energy ̄consuming capacity of
泡墙板抗震性能的影响规律ꎬ设计了 3 个不同填料的墙板进行低周往复水平荷载试验ꎬ探究了不同填料对墙板的
新型混凝土建筑结构的抗震性能研究
新型混凝土建筑结构的抗震性能研究一、引言地震是一种自然灾害,给人类社会带来了严重的损失。
为了保障人民的生命财产安全,加强建筑的抗震能力已经成为了一个重要的研究方向。
新型混凝土建筑结构是近年来建筑领域的一个重要发展方向,其抗震性能备受关注。
本文将从新型混凝土建筑结构的抗震性能出发,对其进行全面的研究。
二、新型混凝土材料的分类及特点1. 高性能混凝土高性能混凝土具有高强度、高耐久性、高可塑性等特点,适用于高层建筑、大跨度结构等工程。
其抗震性能优异,可大大提高建筑物在地震中的安全性能。
2. 高韧性混凝土高韧性混凝土主要是指其在拉伸过程中能够保持较高的强度和延展性,具有良好的抗震性能。
其特点是能够在地震中吸收较大的能量,减小地震对建筑物的破坏。
3. 自密实混凝土自密实混凝土是利用高科技材料制造而成,其孔隙率低,密实度高,具有优异的抗震性能。
其主要特点是能够有效地抵抗地震的水平荷载,减小地震对建筑物的影响。
三、新型混凝土建筑结构的抗震设计1. 抗震设计的原则新型混凝土建筑结构的抗震设计应遵循以下原则:(1)结构应具备较高的刚度和强度,以承受地震的作用;(2)结构应具备一定的延性,以减小地震对结构的影响;(3)结构应具备一定的耗能能力,以吸收地震的能量。
2. 抗震设计的具体措施(1)采用合理的结构形式,如框架结构、剪力墙结构等;(2)加强结构的连接部位,如柱-梁节点、梁-板节点等;(3)采用适当的加固措施,如钢筋混凝土夹芯板、碳纤维增强复合材料等;(4)考虑结构的自重、活载和地震荷载等因素。
四、新型混凝土建筑结构的抗震性能分析1. 抗震性能指标新型混凝土建筑结构的抗震性能指标包括:屈服强度、抗震位移、耗能能力等。
其中,屈服强度是指结构在地震作用下的最大承载能力;抗震位移是指结构在地震作用下的最大位移量;耗能能力是指结构在地震作用下消耗的能量。
2. 抗震性能分析方法(1)地震响应分析方法地震响应分析是一种基于结构动力学理论的分析方法,可以模拟结构在地震作用下的动态响应,评估其抗震性能。
新型石膏混凝土复合墙板地震损伤模型研究
新型石膏混凝土复合墙板地震损伤模型研究祁子洋;姜南;王龙;马少春【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2016(035)020【摘要】在低周反复加载试验的基础上,对新型石膏混凝土复合墙板进行地震损伤模型研究。
在具有垂直孔腔的石膏板肋上沿墙高方向隔一定高度设置水平孔腔,灌注混凝土后形成密柱与梁格构形式的新型石膏混凝土复合墙板。
进行了四块新型复合材料墙板的低周反复加载试验,得到新型石膏混凝土复合材料墙板试件的破坏特征、滞回特性、承载能力等抗震性能。
依据试验特点,在 Park 模型及其改进模型的基础上,提出一种不依赖于单调加载试验结果的损伤模型,并考虑了墙体开裂的因素。
通过试验结果对比表明,该模型能准确描绘试件损伤的发展历程,对新型石膏混凝土复合墙板试件具有较强的适用性,损伤指标对于开裂位移敏感性较低。
研究同样表明,文中提出的新模型对于其他类型的混凝土试件仍能给出较合理的损伤指标。
【总页数】8页(P181-188)【作者】祁子洋;姜南;王龙;马少春【作者单位】天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津300072;天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津300072;天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津300072;天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TU375.2;TU317+.1【相关文献】1.混凝土密柱石膏复合墙板结构性能及简化分析模型 [J], 尹越;车鑫宇;曹宇;黄一哲2.一种新型的混凝土结构双参数地震损伤模型 [J], 于海祥;武建华;张国彬3.新型石膏混凝土复合墙板地震损伤模型研究 [J], 祁子洋;姜南;王龙;马少春4.混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型 [J], 尹越;车鑫宇;曹宇;黄尧堃5.新型石膏混凝土复合墙板L型节点的连接性能研究 [J], 姜忻良;薛瑜照;姜南;马少春因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
混凝土灌芯石膏板简化计算模型及受力性能分析的开题报告
混凝土灌芯石膏板简化计算模型及受力性能分析的开题报告一、选题背景石膏板是一种广泛应用于室内装修、建筑墙体和吊顶的建材,在建筑工程中占据着重要地位。
在石膏板的生产和应用中,为了提高其力学性能和制造成本,常常使用混凝土灌芯技术来加强石膏板的承载能力。
混凝土灌芯石膏板具有优异的力学性能和隔音、隔热等性能,但其受力性能与其结构参数密切相关,因此建立混凝土灌芯石膏板的简化计算模型,以及分析不同参数对其受力性能的影响,对其制造和应用具有重要的现实意义。
二、研究内容本课题拟研究混凝土灌芯石膏板的力学性能及其简化计算模型。
主要研究内容包括:1. 混凝土灌芯石膏板力学性能的试验研究。
通过对不同参数的混凝土灌芯石膏板进行力学试验,获取其受力性能。
2. 基于试验数据建立混凝土灌芯石膏板的简化计算模型。
通过分析试验数据,建立混凝土灌芯石膏板的简化计算模型,为其设计和制造提供参考。
3. 分析不同参数对混凝土灌芯石膏板受力性能的影响。
通过对不同参数的混凝土灌芯石膏板进行力学性能测试,分析不同参数对其受力性能的影响,为混凝土灌芯石膏板的设计与应用提供参考。
三、研究意义1. 通过建立混凝土灌芯石膏板的简化计算模型,为其设计和制造提供参考,提高其结构强度和耐久性。
2. 通过分析不同参数对混凝土灌芯石膏板受力性能的影响,为其在不同条件下的应用提供技术支持。
3. 丰富石膏板加强技术的理论研究,推进建筑装修材料的科技发展。
四、研究方法1. 实验方法:采用材料试验、结构力学试验等方法,对混凝土灌芯石膏板进行性能测试。
2. 统计分析方法:采用数理统计方法对试验数据进行处理,分析不同参数对混凝土灌芯石膏板受力性能的影响。
3. 理论计算方法:基于试验数据,建立混凝土灌芯石膏板的简化计算模型,并进行计算和分析。
五、研究进度安排1. 第一年:完成混凝土灌芯石膏板的试验研究和试验数据的收集、整理和分析工作。
2. 第二年:基于试验数据,建立混凝土灌芯石膏板的简化计算模型,并进行理论计算和分析工作。
新型混凝土结构的抗震性能分析
新型混凝土结构的抗震性能分析一、引言新型混凝土结构由于其优异的力学性能和经济性,已经成为现代建筑领域的重要技术。
其中,抗震性能是新型混凝土结构的一个重要指标,其设计和分析需要充分考虑地震力的影响因素。
本文将从新型混凝土结构的抗震性能分析入手,探讨其结构特点、地震力作用下的力学行为以及抗震设计的关键因素等方面进行论述。
二、新型混凝土结构的结构特点1. 高强度混凝土材料的应用新型混凝土结构的一大特点是采用了高强度混凝土材料,其抗压强度可达到100MPa以上。
高强度混凝土具有优异的抗压性能和耐久性,可以有效地提高结构的承载能力和耐久性。
2. 预应力结构的应用预应力结构是新型混凝土结构的另一个重要特点。
预应力结构通过在混凝土中施加预应力,使结构在荷载作用下具有更好的承载能力。
预应力结构的应用可以有效地提高结构的抗震性能和耐久性。
3. 钢筋混凝土框架结构的应用钢筋混凝土框架结构是新型混凝土结构的主要形式之一。
其结构特点是采用钢筋混凝土框架作为主承重结构,并在框架中设置预应力筋或钢筋,使结构具有更好的承载能力和抗震性能。
三、地震力作用下新型混凝土结构的力学行为地震力作用下,新型混凝土结构的力学行为主要表现为结构的变形和破坏。
其中,结构的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种。
弹性变形是指结构在地震力作用下,可以发生一定的形变,但是在地震力消失后可以恢复原状。
而塑性变形是指结构在地震力作用下,超过了其弹性极限,形成了永久性变形。
四、新型混凝土结构抗震设计的关键因素1. 设计地震动参数的确定设计地震动参数是新型混凝土结构抗震设计的关键因素之一。
设计地震动参数包括地震峰值加速度、地震作用时间、地震波形等。
确定设计地震动参数需要考虑地震烈度、地震地质条件、结构形式和荷载等因素。
2. 结构的抗震性能评价结构的抗震性能评价是新型混凝土结构抗震设计的另一个关键因素。
结构的抗震性能评价可以通过静力和动力分析等方法来实现。
其中,动力分析方法包括时程分析、模态分析等。
生态轻质水泥基墙体材料性能及密肋复合墙体弹塑性分析模型研究
生态轻质水泥基墙体材料性能及密肋复合墙体弹塑性分析模型研究生态轻质水泥基墙体材料性能及密肋复合墙体弹塑性分析模型研究随着人们对建筑环境质量要求的提高,轻质墙材料备受关注。
生态轻质水泥基墙体材料以其环保、节能、轻量化等优点,成为了现代建筑领域中备受关注的一个新兴材料。
本文通过对生态轻质水泥基墙体材料性能进行研究,并建立了密肋复合墙体弹塑性分析模型,以此为基础,探讨了该材料在建筑结构中的应用前景。
首先,我们对生态轻质水泥基墙体材料的性能进行了全面的研究。
通过实验室试验和现场观测,我们对该材料的抗压强度、抗拉强度、抗冻融性能等物理力学性能进行了详细的测试分析。
结果显示,生态轻质水泥基墙体材料具有较高的强度和较好的耐久性,能够满足建筑结构的要求。
其次,我们建立了密肋复合墙体弹塑性分析模型。
通过对密肋复合墙体结构的力学特性进行研究,我们得到了墙体的弹塑性响应。
利用有限元数值模拟和数值分析方法,我们对不同荷载条件下的墙体进行了仿真计算,并得到了墙体的位移变形和应力分布等结果。
研究结果表明,密肋复合墙体具有较好的强度和刚度,能够满足建筑结构的要求。
最后,我们探讨了生态轻质水泥基墙体材料在建筑结构中的应用前景。
在现代建筑领域中,生态环保是一个重要的发展方向,而生态轻质水泥基墙体材料正是符合这一要求的一种新型材料。
该材料具有轻质化、高强度化、绿色环保等特点,能够满足现代建筑对墙体材料的要求。
而密肋复合墙体弹塑性分析模型的建立,有助于更好地研究和应用该材料在建筑结构中的性能。
因此,生态轻质水泥基墙体材料有着广阔的应用前景。
综上所述,通过本文的研究,我们对生态轻质水泥基墙体材料的性能进行了深入的分析,并建立了密肋复合墙体弹塑性分析模型。
研究结果表明,该材料具有较好的强度和耐久性,密肋复合墙体具有较好的强度和刚度。
因此,生态轻质水泥基墙体材料在建筑结构中具有较广阔的应用前景。
希望本文的研究成果能够为相关领域的研究和应用提供一定的参考综合研究结果表明,通过对密肋复合墙体结构的力学特性进行研究,我们建立了塑性分析模型,并通过有限元数值模拟和数值分析方法对不同荷载条件下的墙体进行了仿真计算。
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第50卷 第4期 2017年4月天津大学学报(自然科学与工程技术版)Journal of Tianjin University (Science and Technology )V ol. 50 No. 4Apr. 2017收稿日期:2016-01-19;修回日期:2016-05-13.作者简介:尹 越(1971— ),男,博士,副教授. 通讯作者:尹 越,yinyue@.基金项目:住房和城乡建设部科学技术计划项目(2013-R-25).Supported by the Science and Technology Program of Ministry of Housing and Urban-Rural Development (No. 2013-R-25).DOI:10.11784/tdxbz201601066混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型尹 越1, 2,车鑫宇1,3,曹 宇4堃,黄尧1(1. 天津大学建筑工程学院,天津 300072;2. 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学),天津 300072;3. 中国建筑西南设计研究院有限公司,成都 610041;4. 天津大学建筑设计研究院,天津 300072) 摘 要:混凝土密柱石膏复合墙板是一种由钢筋混凝土和石膏纤维板组成的可用于多高层建筑的新型组合墙体结构.本文对混凝土密柱石膏复合墙板在低周往复荷载作用下的滞回性能进行了数值分析,得到了复合墙板的滞回曲线和骨架曲线,讨论了剪跨比、轴压比等参数对复合墙板承载力、耗能能力及刚度退化等的影响.结果表明,混凝土密柱石膏复合墙板滞回曲线饱满,耗能能力较强,抗震性能较好,剪跨比对复合墙板滞回性能有较大影响.建立了混凝土密柱石膏复合墙板的等效带缝剪力墙简化分析模型.对等效带缝剪力墙的滞回分析表明,等效带缝剪力墙与混凝土密柱石膏复合墙板受力机理及滞回性能均较为接近,验证了采用等效带缝剪力墙进行混凝土密柱石膏复合墙板整体结构地震响应分析的适用性和可靠性.关键词:混凝土密柱石膏复合墙板;抗震性能;等效带缝剪力墙;滞回曲线;骨架曲线 中图分类号:TU398 文献标志码:A 文章编号:0493-2137(2017)04-0358-09Seismic Behavior and Simplified Model of Plasterboard WallReinforced with In -Filled RC ColumnsYin Yue 1, 2,Che Xinyu 1, 3,Cao Yu 4,Huang Yaokun 1(1.School of Civil Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China ;2.Key Laboratory of Coast Civil Structure Safety (Tianjin University ),Ministry of Education ,Tianjin 300072,China ;3. China Southwest Architectural Design and Research Institute Corp Ltd, Chengdu 610041,China ;4.Architectural Design and Research Institute of Tianjin University ,Tianjin 300072,China ) Abstract :Plasterboard wall reinforced with in-filled RC columns is a new type of composite wall structure for multi-story or high-rise buildings .In this paper ,the hysteretic behavior of plasterboard wall reinforced with in-filled RC columns under low cyclic loading was studied numerically .Hysteretic curves and skeleton curves were obtained and the influences of shear span ratio and axial compression ratio on bearing capacity ,energy dissipation capacity and stiffness degradation were discussed .The results showed that the composite wall has plumb hysteretic curves ,good energy dissipation capacity and good seismic performance .Shear span ratio has great effect on the hysteretic behavior of the composite wall. Equiv alent slitted shear wall was set up as the simplified model for the composite wall .Hysteretic analysis showed that the hysteretic behavior of the equivalent slitted shear wall agreed very well with that of the plasterboard wall reinforced with in-filled RC columns ,which verified the applicability and reliability of the equivalent slitted shear wall as the simplified model in seismic analysis of structures composed of plasterboard wall reinforced with in-filled RC columns.Keywords :plasterboard wall reinforced with in-filled RC columns ;seismic performance ;equiv alent slitted shearwall ;hysteretic curve ;skeleton curve混凝土密柱石膏复合墙板是一种钢筋混凝土芯柱与石膏墙板协同工作、共同受力的新型结构体系,2017年4月尹 越等:混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型 ·359·最早应用于澳大利亚,具有保温隔热、造价经济、绿色环保等诸多优点.但澳大利亚为无震害国家,结构设计一般不用考虑抗震设防要求,为使混凝土密柱石膏复合墙板能在抗震设防地区应用,需要对其进行更为深入的研究.在过去的十余年间,国内外学者对混凝土密柱石膏复合墙板的受力机理及静力荷载作用下的结构性能进行了较为系统的研究[1-5],但对复合墙板抗震性能的研究还相对较少,且大多以试验研究为主[6-8].此外,由于计算能力和计算成本的限制,对复合墙板构成的多高层结构进行整体分析时需要对复合墙板进行必要的简化,但目前尚缺少对混凝土密柱石膏复合墙板抗震简化分析模型的研究,这严重制约了这种新型复合墙体结构的应用和推广.文献[9]对混凝土密柱石膏复合墙板的受力机理进行了研究,提出采用带缝剪力墙作为其简化分析模型,分析表明,在轴向压力及水平单调荷载作用下,等效带缝剪力墙能很好地反映混凝土密柱石膏复合墙板的弹性及弹塑性性能.本文在文献[9]的基础上,对混凝土密柱石膏复合墙板的抗震性能进行分析,并对地震作用下等效带缝剪力墙简化分析模型的适用性和可靠性进行探讨.1 混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能分析1.1 复合墙板几何参数及有限元模型建立以如图1所示的混凝土密柱石膏复合墙板为例对其进行抗震性能分析.该复合墙板厚172mm,高2700mm,宽度根据墙板内混凝土芯柱数目进行调整,混凝土芯柱内设置616的纵筋和8@100的水平箍筋.为分析不同参数对混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能的影响,取5块不同剪跨比、轴压比的复合墙板进行研究,其几何参数如表1所示.图1混凝土密柱石膏复合墙板截面尺寸Fig.1Cross section of plasterboard wall reinforced with in-filled RC columns采用通用有限元分析软件ABAQUS[10],以表1中试件FHB3为例建立混凝土密柱石膏复合墙板有限元模型,如图2所示.有限元分析中,石膏墙板和混凝土芯柱均采用八节点线性缩减积分实体单元(C3D8R),钢筋选用二节点三维线性桁架单元(T3D2).考虑到石膏板与混凝土芯柱之间黏结较好,故采用绑定约束(TIE),钢筋与混凝土之间采用嵌入(EMBED)的相互作用方式.复合墙板底面与一参考点耦合,约束其全部6个自由度,以便于在数值分析中读取复合墙板底部反力数值;复合墙板顶面与参考点RF-1耦合全部6个自由度,从而使复合墙板顶面不会发生相对变形,以模拟实际情况中连梁及楼板对复合墙板的约束作用.同时,约束参考点RF-1的平面外平移自由度,并在RF-1上施加平面内轴向压力和水平位移荷载.表1复合墙板几何参数Tab.1Geometricparameters of plasterboard wall模型编号长度/mm 高度/mm 厚度/mm FHB1 1,334 2,700 172 FHB2 2,000 2,700 172 FHB3 2,000 2,700 172 FHB4 2,000 2,700 172 FHB5 2,667 2,700 172 芯柱数目剪跨比轴向压力/kN 轴压比4 2.00 1,540 0.2456 1.35 1,810 0.2456 1.35 1,495 0.1506 1.35 1,330 0.1008 1.00 1,085 0.245(a)石膏板 (b)混凝土芯柱 (c)钢筋(d)复合墙板有限元模型截面图2复合墙板FHB3有限元模型示意Fig.2Finite element model of plasterboard wall FHB3混凝土材料采用塑性损伤模型,取弹性模量为2.55×104MPa,泊松比为0.2,受拉、受压应力-应变曲线分别如图3和图4所示,其中混凝土材性参数根据现行《混凝土结构设计规范》[11]确定,结合文献[12-15]中有关混凝土损伤参数取值的建议,计算得到混凝土塑性损伤模型参数如表2和表3所示,并取受拉刚度恢复系数为0,受压刚度恢复系数为1.其中开裂应变和非弹性应变的计算公式为ckt t t0/Eεεσ=−(1)inc c c0/Eεεσ=−(2)式中:cktε 和incε 分别为开裂应变和非弹性应变;tε和tσ分别为混凝土受拉应力-应变曲线上任一点的应变·360· 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第50卷 第4期和应力;c ε和c σ分别为混凝土受压应力-应变曲线上任一点的应变和应力;E 0为初始弹性模量.损伤因子定义为混凝土弹性卸载时的弹性模量相对于初始弹性模量的折减[15],如式(3)所示,以此反映材料发生损伤后强度的降低. 0(1)E d E =− (3)式中:d 为损伤因子,受拉时取为d t ,受压时取为d c ;E 为混凝土弹性卸载时的模量.钢筋材料采用理想弹塑性模型,取弹性模量为2.06×105MPa ,泊松比为0.3,屈服强度为315MPa .图3 混凝土和石膏受拉应力-应变曲线Fig.3 Stress -strain relationship of concrete and gypsumin tension图4 混凝土和石膏受压应力-应变曲线Fig.4 Stress -strain relationship of concrete and gypsumin compression 表2 混凝土塑性损伤模型基本参数Tab.2 Basic parameters of damaged plasticity model ofconcrete剪胀角/(°)流动势偏移量双轴受压与单轴 受压极限强度比不变量应力比黏滞系数30 0.1 1.16 0.666,7 0.005石膏材料参数根据文献[16]中石膏材料性能试验结果确定,取弹性模量为4.35×103MPa ,泊松比为0.18,材料受拉、受压应力-应变曲线如图3和图4所示.需要说明的是,试验中石膏基体在拉力作用下发生开裂后,拉力由横跨在裂纹间的玻璃纤维承受,此后玻璃纤维发生较大变形,直至被拉断,因此石膏受拉应力-应变曲线中没有定义下降段.有限元模型中,石膏材料同样采用塑性损伤模型,但未定义损伤参数,以考虑石膏材料不同的抗拉、抗压强度.表3 混凝土塑性损伤模型计算参数Tab.3Calculation parameters of damaged plasticitymodel of concrete受拉应力/MPa开裂应变/10-3 损伤 因子d t 受压应力/ MPa 非弹性应变/10-3损伤因子d c 1.54 0 0 08.68 0 01.35 0.07 0.38 12.01 0.4 0.36 1.14 0.12 0.57 13.40 0.9 0.48 0.88 0.21 0.69 11.93 1.7 0.64 0.72 0.30 0.77 09.78 2.6 0.73 0.62 0.38 0.80 06.744.1 0.81 0.55 0.46 0.82 05.03 5.7 0.85 0.50 0.55 0.85 03.98 7.2 0.881.2 低周往复荷载加载制度确定结构的抗震性能可以通过其在低周往复荷载作用下表现出来的滞回性能进行评价.数值分析中采用何种低周往复加载模式,目前没有统一标准,应用较多的是采用与试验研究相同的加载模式,即结构屈服前采用荷载控制分级加载,屈服后以屈服位移的倍数进行加载.对于混凝土等无明显屈服特征的结构,其屈服位移往往采用通用屈服弯矩法,在结构的骨架曲线上得到.这就意味着滞回分析前无法得知结构屈服位移的具体数值,而只能采用试算的方法对屈服位移进行估算,既降低了数值分析的统一性,又增加了计算成本.针对上述问题,本文提出了一种新的加载模式.考虑到相对于结构的骨架曲线,单调加载的荷载-位移曲线较易得到,因此在对结构进行滞回分析前,先进行单调加载分析,通过所获得的荷载-位移曲线求得弹性荷载F e 对应的水平侧移Δe ,如图5所示,以Δe 作为位移加载的模数,采用位移控制的加载模式进行往复加载.图中,Δq 为过原点的切线OH 与通过最大荷载点G 的水平线的交点H 所对应的侧向位移,在Δq 范围内结构水平荷载随位移变化较快,因此在该区间内往复荷载应较为密集,以获得更为准确的结果.为了确定上述加载制度的适用性,以复合墙板FHB3为例,采用两种加载制度对混凝土密柱石膏复合墙板的滞回性能进行分析.加载制度1按图5所示方法计算得到水平侧移Δe =0.6mm ,具体加载制度如图6所示;加载制度2采用《建筑抗震试验规程》[17]建议的加载方式,即荷载、位移混合加载模式:复合墙板屈服前采用荷载控制,将水平荷载分级施加,每级为屈服荷载的1/3;复合墙板屈服后采用2017年4月尹 越等:混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型 ·361·位移控制,以屈服位移的倍数作为级差进行位移加载.复合墙板的屈服位移和屈服荷载采用通用屈服弯矩法,由采用加载制度1进行滞回分析得到的骨架曲线确定.分析中按《建筑抗震设计规范》[18]关于弹塑性层间位移角限值的规定,取复合墙板层间位移角增大至1%时终止计算.图5位移加载模数的计算Fig.5Modulus calculation of displacement controlled loading图6加载制度1Fig.6Loading procedure 1采用两种加载制度进行混凝土密柱石膏复合墙板滞回性能分析,得到的滞回曲线比较如图7所示,可以看出,两种加载制度下复合墙板的滞回曲线形状几乎相同,耗能及刚度退化性能无明显差别.绘制两种加载制度下复合墙板的骨架曲线如图8所示,可以看出,两条骨架曲线几乎重合,只是在侧向位移为8mm附近有较小差异,其原因在于相对于加载制度图7不同加载制度下复合墙板FHB3的滞回曲线Fig.7Hysteretic curves of plasterboard wall FHB3 un-der different loading procedures图8不同加载制度下复合墙板FHB3的骨架曲线Fig.8Skeleton curves of plasterboard wall FHB3 under different loading procedures2,复合墙板在加载制度1下荷载往复次数更多,导致混凝土损伤累积更为严重,因此水平荷载承载能力较低.总体说来,混凝土密柱石膏复合墙板在两种加载制度下的滞回性能吻合较好,验证了本文所采用加载制度的适用性.1.3 复合墙板滞回性能分析采用加载制度1对表1中的5块混凝土密柱石膏复合墙板进行滞回分析,得到它们的滞回曲线如图7和图9所示.复合墙板FHB2和FHB5因在加载过程中承载力降低至极限承载力的85%而停止加载;复合墙板FHB1、FHB3和FHB4承载力均未降至极限承载力的85%,因此加载至层间位移角达到1%时停止加载.复合墙板的滞回曲线均较为饱满,说明复合墙板具有较好的耗能能力.分析可知,由于复合墙板内存在多个混凝土芯柱且芯柱配筋率较高,各个芯柱内的钢筋笼相对独立,随着侧向位移的增大,一方面纤维石膏板对混凝土芯柱有一定约束作用,提高了混凝土的延性;另一方面,混凝土芯柱内各个独立的钢筋笼起到类似于拉力带的作用,提高了复合墙板的承载能力,使复合墙板具有较好的滞回性能.复合墙板骨架曲线比较如图10所示.对比5块复合墙板的骨架曲线可以发现,剪跨比对复合墙板的承载能力有较大影响:侧向位移相同时,剪跨比越小,承载力越高,但达到峰值点后承载力下降也越快;当侧向位移较大时,剪跨比越小,承载力提高的幅度越大.相比之下,轴压比对于复合墙板滞回性能影响较小,轴压比增大,复合墙板的初始刚度和峰值承载力仅有小幅提高.复合墙板FHB3中混凝土芯柱的损伤云图如图11所示.可以看出,不论是芯柱的压碎还是拉裂,均是从墙板底部两侧逐步向中心扩展,由于混凝土抗拉强度较低,因此复合墙板受拉破坏程度相对较大.复合墙板FHB3在层间侧移角达到1%时的变形如图·362·天津大学学报(自然科学与工程技术版)第50卷 第4期12所示.可以发现,在往复荷载作用下,由于塑性应变的不断累积,复合墙板下部出现了较大程度的凸曲.同时,由于复合墙板下部向外侧凸曲变形的产生,在水平荷载的作用下,复合墙板左右两半墙体变形越发不协调,导致中间芯柱位置处受压程度不断增大,并出现了较大程度的受压损伤.(a)FHB1(b)FHB2(c)FHB4(d)FHB5图9滞回曲线Fig.9Hysteretic curves图10骨架曲线Fig.10Skeleton curves(a)受压损伤(b)受拉损伤图11复合墙板FHB3混凝土芯柱损伤云图Fig.11Damage nephogram of in-filled RC columns in plasterboard wall FHB3图12复合墙板FHB3变形云图Fig.12Deformation nephogram of plasterboard wall FHB3 采用式(4)计算复合墙板的等效黏滞阻尼系数h e,其数值大小可用来评判结构在地震中的耗能能力.e12πABC CDAOBE ODFS ShS S+=⋅+(4)式中:S ABC与S CDA之和为滞回环包围的面积;S OBE与S ODF之和为△OBE和△ODF包围的面积之和,如图2017年4月尹 越等:混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型 ·363·13所示.计算得到5块复合墙板的等效黏滞阻尼系数如图14所示,可以看出,板件剪跨比越小,在相同侧移时其等效黏滞阻尼系数越大,说明复合墙板耗能能力越强;轴压比对复合墙板耗能能力影响较小.图13等效黏滞阻尼系数的计算Fig.13Calculation of equivalent viscous damping coeffi-cients图14等效黏滞阻尼系数Fig.14Equivalent viscous damping coefficients图15给出了5块复合墙板的刚度退化曲线,可以看出,侧移较小时刚度退化与侧移基本成正比,当刚度退化至初始刚度的20%以下时,刚度退化曲线基本趋于平缓;剪跨比对复合墙板刚度退化影响较大,剪跨比越小,刚度退化速率越大;轴压比对于复合墙板刚度退化影响较小.图15刚度退化曲线Fig.15Stiffness degradation curves复合墙板的开裂荷载、屈服荷载、屈服位移、延性系数及1%层间侧移角对应的荷载汇总如表4所示.剪跨比对复合墙板的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载等均有较大影响,而轴压比影响较小,承载能力的波动幅度在5%之内.表4复合墙板的滞回分析结果Tab.4Hysteretic analysis results of plasterboard wall正向加载模型编号开裂荷载/kN屈服荷载/kN 屈服位移/mm峰值荷载/kN 延性系数1%,层间侧移角对应荷载/kN FHB1 097.5 210.0 3.54 244.0 — 257.1 FHB2 188.8 413.5 2.29 473.2 3.65 — FHB3 181.0 396.5 2.37 447.5 — 462.4 FHB4 171.5 385.0 2.42 441.0 — 458.8 FHB5 312.7 618.8 1.80 690.0 4.06 —反向加载模型编号开裂荷载/kN屈服荷载/kN 屈服位移/mm峰值荷载/kN 延性系数1%,层间侧移角对应荷载/kN FHB1 097.5 211.0 3.31 241.5 — 261.4 FHB2 188.8 415.2 2.15 464.7 3.96 — FHB3 181.0 398.0 2.17 451.0 — 471.7 FHB4 171.5 384.5 2.20 439.0 — 468.7 FHB5 312.7 628.1 1.59 680.0 4.31 —2 混凝土密柱石膏复合墙板简化分析模型混凝土密柱石膏复合墙板是一种由钢筋、混凝土和石膏多种材料构成的组合墙板,其有限元模型的建立较为复杂,同时在模型中需要采用大量实体单元,计算成本较高.对采用混凝土密柱石膏复合墙板的多、高层结构进行整体分析时,对整体结构采用实体单元建模无疑是不现实的,因此建立准确性高、实用性强的复合墙板简化分析模型便成了目前亟待解决的问题.刚度等效模型[19]是目前应用较为广泛的一种简化分析模型,它以保证等效前后墙板的弹性抗侧刚度相等为原则,将一定宽度的混凝土密柱石膏复合墙板等效为同样宽度的钢筋混凝土墙板,其等效过程如图16所示,折算后的钢筋混凝土墙板的厚度可以通过·364· 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第50卷 第4期式(5)求得.()011b b b μηβη=+−⎡⎤⎣⎦ (5)式中:b 0为折算钢筋混凝土墙板厚度;μ为折减系数,一般可取为0.9;b 为混凝土密柱石膏复合墙板厚度;b 1为混凝土芯柱厚度;η=E p /E c ,E p和E c分别为石膏和混凝土的弹性模量,β=l 1/l .图16 刚度等效模型Fig.16 Stiffness equivalent shear wall model文献[9]通过对混凝土密柱石膏复合墙板受力机理及抗侧性能的研究,提出了等效带缝剪力墙简化模型(如图17所示),竖缝间的混凝土部分可视为复合墙板中的混凝土芯柱,抗剪连接键的作用相当于石膏板肋.等效带缝剪力墙简化模型的几何尺寸按下述原则确定:等效带缝剪力墙模型的厚度取与复合墙板中混凝土芯柱的厚度相同;等效带缝剪力墙模型的竖缝间距和宽度与石膏板肋的间距和厚度相一致;竖缝沿高度方向均匀分布,其数量和长度的确定原则为保证等效带缝剪力墙与复合墙板在弹性阶段具有相同抗侧刚度.图17 等效带缝剪力墙模型Fig.17 Equivalent slitted shear wall model针对表1中的5块复合墙板,对刚度等效折算板和等效带缝剪力墙两种简化模型的抗震性能进行分析.由式(5)计算得到刚度等效折算板厚度b 0为125mm ;按文献[9]中给出的简化方法确定等效带缝剪力墙尺寸为墙厚147mm ,竖缝宽25mm 、长120mm 、竖缝竖向间距180mm .有限元模型建立方法及材料本构参数如第1.1节所述.以复合墙板FHB3及其对应的刚度等效折算板和等效带缝剪力墙为例,进行简化分析模型和复合墙板滞回曲线比较,如图18和19所示,可以看出,两种简化分析模型的滞回曲线与复合墙板滞回曲线形状均较为类似,等效带缝剪力墙的滞回曲线与复合墙板更为接近.图18 刚度等效折算板模型滞回曲线Fig.18Hysteretic curves of stiffness equivalent shear wall图19 等效带缝剪力墙模型滞回曲线Fig.19 Hysteretic curves of equivalent slitted shear wall两种简化分析模型与对应复合墙板的骨架曲线比较如图20所示.可以看出,在弹性阶段两种简化模型与复合墙板的骨架曲线基本重合,表明三者在弹性段的抗震性能吻合较好;但进入弹塑性阶段后,等效带缝剪力墙的骨架曲线及极限承载力与复合墙板更为接近,而刚度等效折算板与复合墙板偏离相对 较大.与复合墙板FHB3对应的等效带缝剪力墙的损伤云图如图21所示.对比图11可以看出,等效带缝剪力墙受压及受拉损伤情况与复合墙板混凝土芯柱十分相似,表明两者在地震荷载作用下具有相似的损伤破坏机理.综上,对于不同剪跨比和轴压比的混凝土密柱石膏复合墙板,等效带缝剪力墙均能更好地模拟其抗震性能.需要说明的是,等效带缝剪力墙几何尺寸确定和建模过程与刚度等效折算板相比均更为复杂,建议在对整体结构进行多遇地震下的弹性分析时,可以采用刚度等效折算板模型,简化计算及建模过程;而对整体结构进行罕遇地震下的弹塑性分析时,则应采用等效带缝剪力墙模型,以保证分析结果的准确性.2017年4月尹 越等:混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型 ·365·(a)FHB1(b)FHB2(c)FHB3(d)FHB4(e)FHB5图20简化分析模型的骨架曲线Fig.20Skeleton curves of simplified analysis models(a)受压损伤云图(b)受拉损伤云图图21等效带缝剪力墙模型损伤云图Fig.21Damage nephogram of equivalent slitted shear wall 3 结 论(1) 本文采用的往复荷载加载制度可以有效反映结构的抗震性能,同时避免现有加载制度需提前确定屈服荷载与屈服位移的缺点.(2) 混凝土密柱石膏复合墙板滞回曲线饱满,耗能能力较强,在低周往复荷载下表现出较好的延性,说明混凝土密柱石膏复合墙板具有较好的抗震性能.(3) 剪跨比对混凝土密柱石膏复合墙板的滞回性能有较大影响,剪跨比越小,复合墙板承载能力越高、耗能能力越好,但刚度退化也更为迅速;轴压比对复合墙板滞回性能影响相对较小.(4) 等效带缝剪力墙与混凝土密柱石膏复合墙板受力机理相似、滞回性能接近,可以将等效带缝剪力墙模型作为混凝土密柱石膏复合墙板的简化模型用于整体结构的地震响应分析.致 谢:论文相关研究工作得到了天津开发区福林发展有限公司的大力支持和帮助,笔者在此表示感谢.参考文献:[1]Wu Y F,Dare M P. 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