剪力墙与核心筒约束边缘构件设置原则对比及框架—核心筒结构非弹性性能识别-comparison of setting principles of shear wall and core-tube confined edge members and identification of inelastic performance of frame-core-tube structures.docx

摘要震害研究表明，剪力墙破坏失效表现为底部一定高度范围内墙两面保护层混凝土的全面剥落；墙两端受箍筋约束的混凝土压溃、散落，纵筋受压失稳；当轴压比未得到有效控制时，在墙底保护层剥落的高度范围内，混凝土可能在较大的墙长范围内被压碎，纵筋压屈失稳。试验研究表明，控制轴压比并在在剪力墙端部设置具有足够横向约束钢筋的边缘构件，可以改善混凝土受压性能，增大剪力墙延性性能。中国规范关于剪力墙边缘构件设置部位的规定很大程度上还是基于工程经验，并不能很好的反映近些年来对剪力墙的试验和理论分析成果。本文介绍了以美国规范为主的目前各国设计规范关于剪力墙底部塑性铰区设置边缘构件的范围和约束方式，并与中国现行《混凝土结构设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》的设置方式进行对比。采用ETABS程序完成了中国七度0.1g抗震设防区背景下相应于美国设计条件的一个三十层框架-核心筒结构模型的受力分析和配筋设计，模型地震作用、荷载效应组合、建模分析方法、层间位移控制条件和抗震措施均按照美国ACI318-2011和ASCE7-10规范要求。针对各国规范关于剪力墙边缘构件的约束要求，完成了该结构模型在各国规范规定下的不同剪力墙边缘构件设置方法的设计和对比。之后，根据PERFORM3D程序的建模原则，完成了该框架-核心筒模型的非弹性建模，并给出了PERFORM3D程序模型和ETABS程序模型的弹性分析结果对比。最后，以结构基本周期T1和该方向结构二阶平动周期T2处解聚得到的条件均值反应谱作为目标谱，按照目标周期段标定方法选取了14组地面运动记录。将14组地面运动和放大一倍后的地面运动输入结构模型采用PERFORM3D程序进行三维非线性动力反应分析，给出了各个地面运动输入下结构层间位移角、核心筒层剪力、X轴剪力墙最外边缘纤维混凝土峰值压应变和核心筒剪力墙边缘纤维峰值应变分布。通过以上研究工作，本文得到的主要结论如下：①中国现行规范关于剪力墙约束边缘构件设置层数和沿剪力墙截面伸入水平长度比国外现行规范少，而约束边缘构件内箍筋构造要求也相对宽松；②对于未设置约束边缘构件的除底部加强区以外的其它楼层，中国规范给定了约束要求相对放松的构造边缘构件，国外规范对于底部塑性铰区以外的其它楼层并未规定相关的约束措施；③基于结构T2周期解聚得到的条件均值反应谱选择的地面运动输入下结构反应平均值趋势略低于T1周期方案，但是个别地面运动记录输入下结构反应会超过T1周期方案，在选择地面运动记录时应当考虑除结构基本周期T1以外的其它周期；④最大考虑地震水准地面运动输入下，结构中上部楼层剪力墙核心筒有可能出现边缘纤维应变较大的部位；两倍最大考虑地震水准地面运动输入下，结构中上部楼层剪力墙核心筒普遍出现边缘纤维应变较大的部位，个别楼层会出现应变超过钢筋屈服应变的部位。关键词：钢筋混凝土，边缘构件，框架-核心筒结构，非线性动力反应分析，条件均值反应谱ABSTRACTManyearthquakereconnaissancereportsimplythatthelossofeffectivenessforshearwallstructuresmainlyoccursinsuchways:thetotallossofconcreteineachsurfaceofthebottompart;crushingofrestrainedconcreteandthelossofstabilityoflongitudinalbarsintheendsofshearwall;thedeteriorationofbothfailurepaternswhentheratioofaxialforceofshearwallisnotlimitedeffectivelyandthenthefallingoftheentirestructure.Theexperimentalresearchindicatesthatboundaryelementsattheendsofshearwallwithreasonableratioofaxialforceandtransversereinforcementareabletooptimizethebehaviorofconcrete,henceenhancetheductilityofshearwallstructures.TherequirementsofboundaryelementsofprevailingChinesedesigncodearemainlybasedonengineeringpracticeandcannotrepresentthestateoftheartexperimentalandtheoreticalresearchfindings.Thispaperin