博士論文答辯課件

新型高阻尼混凝土暗支撐剪力墻抗震

性能與設(shè)計(jì)方法研究博士學(xué)位論文答辯學(xué)位申請(qǐng)人：培養(yǎng)單位土木工程學(xué)院導(dǎo)師姓名及職稱教授學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)工程研究方向建筑結(jié)構(gòu)抗震答辯日期1新型高阻尼混凝土暗支撐剪力墻抗震

性能與設(shè)計(jì)方法研究博士學(xué)位目錄1.緒論2.阻尼識(shí)別理論及ECC材料阻尼性能研究3.部分高阻尼剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究4.高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究5.剪力墻恢復(fù)力模型及有限元分析6.鋼筋混凝土剪力墻基于性能的設(shè)計(jì)方法7.結(jié)論與展望2目錄1.緒論2.阻尼識(shí)別理論及ECC材料阻尼性能研究3.部1.緒論研究背景及意義混凝土阻尼性能研究概述概善剪力墻抗震性能的研究本文研究的主要內(nèi)容31.緒論研究背景及意義3鋼筋混凝土剪力墻是高層建筑中最為主要的抵抗水平荷載及水平地震作用的抗側(cè)力構(gòu)件。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般作為結(jié)構(gòu)抗震的第一道設(shè)防防線。從能量的角度分析，剪力墻在強(qiáng)震作用下吸收的能量主要是通過(guò)自身的彈塑性變形能力來(lái)進(jìn)行耗散。為提高剪力墻的耗能能力，常見(jiàn)的做法是在剪力墻墻身中設(shè)置阻尼器或在剪力墻底部設(shè)置橡膠隔震支座來(lái)達(dá)到減震的目的。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼值一般取為0.05?，F(xiàn)有的研究表明，結(jié)構(gòu)在靜力和動(dòng)力作用下的阻尼是不同，隨著結(jié)構(gòu)進(jìn)入損傷階段，其阻尼呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。研究背景及意義施工不便，且后期維護(hù)費(fèi)用較高4鋼筋混凝土剪力墻是高層建筑中最為主要的抵抗水平荷載及水平地震混凝土阻尼性能研究概述對(duì)于混凝土阻尼性能的研究主要包括普通混凝土阻尼性能研究和聚合物混凝土阻尼性能研究?jī)蓚€(gè)方面。普通混凝土阻尼性能研究等效粘滯阻尼理論湯姆森粘滯阻尼理論Jacobsen

等效粘滯阻尼理論Swamy水灰比、養(yǎng)護(hù)條件骨料種類Hop

鋼筋混凝土梁不同齡期的阻尼柯國(guó)軍

不同配合比下混凝土T型懸臂梁微幅振動(dòng)下的阻尼研究現(xiàn)狀5混凝土阻尼性能研究概述對(duì)于混凝土阻尼性能的研究主要包括普通混高阻尼混凝土阻尼性能研究研究現(xiàn)狀Schulz和Tanner率先研究了聚合物混凝土的阻尼性能（ICPIC’84），并首次將其應(yīng)于機(jī)械的基礎(chǔ)。Wong采用自由振動(dòng)法研究了聚灰比對(duì)阻尼性能的影響。FuXuli研究了聚合物、聚乙烯纖維和硅粉等不同摻合料對(duì)阻尼性能的影響。Chung提出在砂漿中摻入甲基纖維素、碳纖維和硅粉等摻合料時(shí)，對(duì)水泥砂漿阻尼的影響。我國(guó)學(xué)者：陳振富劉鐵軍6高阻尼混凝土阻尼性能研究研究現(xiàn)狀Schulz和Tanner率高阻尼混凝土在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用Walter對(duì)圓鋼管聚合物混凝土與普通圓鋼管混凝土梁的受彎性能對(duì)比試驗(yàn)。劉鐵軍進(jìn)行了3組單層兩榀高阻尼聚合物混凝土框架模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，并測(cè)定普通混凝土框架結(jié)構(gòu)與高阻尼聚合物混凝土框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。研究現(xiàn)狀改善剪力墻抗震性能的研究影響剪力墻抗震能力強(qiáng)弱的因素主要有延性和承載力兩個(gè)方面，一般來(lái)說(shuō)，提高剪力墻抗震能力主要從上述兩個(gè)方面著手。7高阻尼混凝土在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用Walter對(duì)圓鋼管聚合物混凝土開(kāi)縫剪力墻圖1.1

霞關(guān)大夏帶豎縫抗震墻圖1.2

半通縫剪力墻圖1.3

縫內(nèi)填充橡膠剪力墻圖1.4

雙功能帶縫剪力墻研究現(xiàn)狀8開(kāi)縫剪力墻圖1.1霞關(guān)大夏帶豎縫抗震墻圖1.2半通縫帶暗支撐剪力墻研究現(xiàn)狀a)斜向配筋混凝土連梁b)菱形配筋混凝土連梁c)交叉菱形配筋混凝土筋連梁d)型鋼混凝土連梁圖1.6

連梁配筋方案圖1.5

暗支撐剪力墻圖1.7

帶栓釘鋼板混凝土連梁9帶暗支撐剪力墻研究現(xiàn)狀a)斜向配筋混凝土連梁b)菱形配筋高阻尼混凝土剪力墻上述大量的研究都是從改變剪力墻配筋型式這一個(gè)方面著手來(lái)提高剪力墻的抗震性能，如采用斜向配筋、加設(shè)暗支撐以及設(shè)置開(kāi)縫剪力墻等，但是較少有研究者從改善混凝土阻尼性能這一方面著手進(jìn)行研究。結(jié)合現(xiàn)有研究成果，課題組在總結(jié)國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，提出了高阻尼混凝土剪力墻。

帶鋼筋暗支撐雙肢剪力墻研究現(xiàn)狀10高阻尼混凝土剪力墻上述大量的研究都是從改變剪力墻配筋型式這一本文研究?jī)?nèi)容ECC材料的基本力學(xué)性能和阻尼性能試驗(yàn)研究部分高阻尼剪力墻試驗(yàn)研究研究?jī)?nèi)容結(jié)合現(xiàn)有的高阻尼混凝土剪力墻的研究成果，通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析，進(jìn)一步論證了將高阻尼混凝土應(yīng)用于剪力墻結(jié)構(gòu)的可行性。在強(qiáng)烈地震作用下，剪力墻受力較大的部位會(huì)出現(xiàn)塑性鉸，塑性郊區(qū)的大小反映了剪力墻耗能能力的強(qiáng)弱，探討了影響剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度的因素上，提出了剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度的計(jì)算公式。具體內(nèi)容包括：11本文研究?jī)?nèi)容ECC材料的基本力學(xué)性能和阻尼性能試驗(yàn)研究部分高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究剪力墻恢復(fù)力模型及有限元分析剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型分析探討了剪力墻基于變形的設(shè)計(jì)方法研究?jī)?nèi)容12高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究剪力墻恢復(fù)力模型及有2.阻尼識(shí)別基本理論及ECC材料阻尼性能研究132.阻尼識(shí)別基本理論及ECC13阻尼識(shí)別基本理論阻尼是衡量結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的重要參數(shù)，與結(jié)構(gòu)體系中質(zhì)量、剛度不同，不能通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算和直接的測(cè)量方式得到。常用的方法是通過(guò)自然或人工激勵(lì)的使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)利用信號(hào)采集設(shè)備采集結(jié)構(gòu)體系的響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)而利用信號(hào)識(shí)別方法來(lái)確定結(jié)構(gòu)體系的阻尼及其他模特參數(shù)。信號(hào)識(shí)別方法主要包括頻域法和時(shí)域法兩類。時(shí)域法優(yōu)點(diǎn)：能直接識(shí)別結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，改方法避免了由傅里葉變換而造成的信號(hào)能量損失，提高了識(shí)別精度。時(shí)域法主要有ITD法、LSCE法、NExT法、ARMA法等。14阻尼識(shí)別基本理論阻尼是衡量結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的重要參數(shù)，與結(jié)構(gòu)體系RDT法隨機(jī)減量法(RandomDecrementTechnique-RDT)由美國(guó)學(xué)者Cole提出。該方法利用樣本平均的方法，去除響應(yīng)中的隨機(jī)成分，從而獲得初始激勵(lì)下的自由響應(yīng)。a)隨機(jī)振動(dòng)曲線b)擬合后曲線圖2.1平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)NExT法NExT法(NaturalExcitationTechnique)，又稱自然激勵(lì)技術(shù)法，是由James在1993年的一份研究報(bào)告提出的。15RDT法隨機(jī)減量法(RandomDecrementTecITD法ITD法(TheIbrahimtimedomaintechnique)是由Ibrahim在上世紀(jì)70年代提出的一種用于結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域信號(hào)參數(shù)識(shí)別方法。模態(tài)參數(shù)識(shí)別步驟圖2.2模態(tài)參數(shù)識(shí)別流程圖超高韌性水泥基復(fù)合材料(ECC)試驗(yàn)研究試驗(yàn)用原材料及其配比本文ECC材料配和比是在參考文獻(xiàn)[57]基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)修正，見(jiàn)表2.1所示。16ITD法ITD法(TheIbrahimtimedoma表2.1ECC材料配合比水泥硅灰石英粉石英砂水灰比減水劑PE10.3890.2770.9670.2080.020.02表2.2聚乙烯纖維(PE)力學(xué)性能長(zhǎng)度(mm)直徑(um)彈性模量(GPa)斷裂強(qiáng)度(MPa)密度(g·m-3)12258530000.97表2.3高阻尼ECC材料配合比組別試件編號(hào)水灰比/%聚灰比/%BC992SD623第一組PT0.208——第二組PT-SD50.208—5PT-SD100.208—10PT-SD150.208—15PT-SD200.208—20第二組PT-BC-SD50.2082.52.5PT-BC-SD100.20855PT-BC-SD150.2087.57.5PT-BC-SD200.208101017表2.1ECC材料配合比水泥硅灰石英粉石英砂水灰比減水劑P試件設(shè)計(jì)及測(cè)試方法軸心抗壓強(qiáng)度()和彈性模量()測(cè)試按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2001)進(jìn)行。軸心受拉采啞鈴型試件。圖2.3啞鈴形試件截面尺寸圖圖2.4試件配筋圖2.5試驗(yàn)加載裝置圖圖2.6現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載照片18試件設(shè)計(jì)及測(cè)試方法軸心抗壓強(qiáng)度()和彈性模量()測(cè)試力學(xué)性能測(cè)試受壓力學(xué)性能測(cè)試a)ECCb)BC-SD-5%c)BC-SD-10%d)SD-10%表2.4試件力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果組別試件編號(hào)抗壓強(qiáng)度/MPa彈性模量/GPa阻尼比第一組PT79.7436.422.23%第二組PT-SD543.9322.783.12%PT-SD1041.4121.354.02%PT-SD1531.6219.764.27%PT-SD2031.4819.525.02%第二組PT-BC-SD561.9733.923.37%PT-BC-SD1055.6225.633.66%PT-BC-SD1552.5623.904.01%PT-BC-SD2043.4422.034.47%受拉力學(xué)性能測(cè)試19力學(xué)性能測(cè)試受壓力學(xué)性能測(cè)試a)ECCb)BC-SD-5振動(dòng)信號(hào)測(cè)試及阻尼識(shí)別振動(dòng)信號(hào)測(cè)試ECC懸臂梁分三組進(jìn)行，第一組由普通ECC材料澆筑而成，采用的試件為PT；第二組主要考慮不同摻量下的單一乳液(SD623)對(duì)ECC材料阻尼性能的影響，采用的試件為PT-SD5、PT-SD10、PT-SD15和PT-SD20；第三組主要考慮不同摻量下的乳液共混(BC992、SD623)對(duì)ECC材料阻尼性能的影響，采用的試件為PT-BC-SD5、PT-BC-SD10、PT-BC-SD15和PT-BC-SD20。a)1mmb)2mmc)3mmd)4mm20振動(dòng)信號(hào)測(cè)試及阻尼識(shí)別振動(dòng)信號(hào)測(cè)試ECC懸臂梁阻尼識(shí)別a)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SD623、BC992)圖2.2聚合物摻量對(duì)阻尼比的影響試驗(yàn)分析結(jié)果及討論

隨著聚灰比的提高，ECC材料的阻尼比逐漸增大，但其強(qiáng)度和彈性模量有所降低。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)聚灰比相同時(shí)，采用乳液共混時(shí)的強(qiáng)度和彈性模量比采用單一乳液時(shí)要高，且采用乳液共混與采用單一乳液相比，其阻尼比相差不大。21阻尼識(shí)別a)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SDa)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SD623、BC992)圖2.14相對(duì)阻尼比及相對(duì)抗壓強(qiáng)度隨聚灰比變化曲線兩折線懸臂梁阻尼比模型

一般認(rèn)為，構(gòu)件的阻尼主要有材料阻尼和摩擦阻尼兩部分組成。材料阻尼包括材料本身各相之間的界面摩擦以及高分子材料通過(guò)分子鍵和物理鍵耗散能量產(chǎn)生的阻尼；摩擦阻尼主要包括ECC材料開(kāi)裂處骨料摩擦和聚乙烯纖維(PE)與骨料的相互作用而產(chǎn)生的阻尼。22a)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SD623、假定：(1)材料阻尼是材料本身固有的特性，不隨T型梁構(gòu)件振幅的變化而變化，材料的阻尼認(rèn)為是一定值。

(2)在彈塑性階段，摩擦阻尼是阻尼比增大的主要原因。隨著裂縫的開(kāi)展，摩擦阻尼的影響越來(lái)越大，且摩擦阻尼隨振動(dòng)幅度呈線性關(guān)系。圖2.15兩折線阻尼比模型示意圖

(2.46)a)PT-BC-SD5a)PT-BC-SD10圖2.16懸臂梁實(shí)測(cè)與計(jì)算模型阻尼比曲線對(duì)比圖23假定：(1)材料阻尼是材料本身固有的特性，不隨T型梁小結(jié)(1)隨著聚合物的摻入量的增加，ECC材料的強(qiáng)度和彈性模量逐漸降低，阻尼比逐漸增大。(2)在聚合物摻入量相同情況下，單一乳液(SD623)比乳液共混(SD623、BC992)對(duì)ECC材料的強(qiáng)度影響要大，但對(duì)阻尼比沒(méi)有顯著的影響。在ECC材料中摻加乳液共混聚合物時(shí)，能夠在強(qiáng)度降低不大的情況下，較高的提高材料的阻尼比(3)當(dāng)聚合物采用單一乳液(SD623)時(shí)，高阻尼ECC材料的最優(yōu)聚灰比在4%~6%之間；當(dāng)聚合物采用乳液共混(SD623、BC992)時(shí)，高阻尼ECC材料的最優(yōu)聚灰比在6%~8%之間

(4)探討了阻尼產(chǎn)生的機(jī)理和影響阻尼比小的主要因素，提出了阻尼全過(guò)程的兩折線簡(jiǎn)化計(jì)算模型，并給出了簡(jiǎn)化計(jì)算模型的參數(shù)計(jì)算公式及建議的參數(shù)選擇范圍。24小結(jié)(1)隨著聚合物的摻入量的增加，ECC材料的強(qiáng)3.部分高阻尼剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究試驗(yàn)概況

本章試驗(yàn)的2片單肢剪力墻試件的編號(hào)分別為PHDECCSW和PHDHSW，截面尺寸為700mm×100mm，試件高度H=1400mm，剪跨比均為2.0，模型縮尺比例均為1:3；試驗(yàn)時(shí)加載梁高度為200，相應(yīng)的試驗(yàn)剪跨比為2.14。模型設(shè)計(jì)及制作圖3.1

試件尺寸和配筋253.部分高阻尼剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究試驗(yàn)概況表3.1試件力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果試件編號(hào)剪跨比

墻高(mm)墻度(mm)暗柱截面(mm)豎向荷載(kN)試驗(yàn)軸圧比HSW121400700100×1002340.1HDHSW121400700100×1002340.1PHDHSW21400700100×1002300.1PHDECCSW21400700100×1007700.2圖3.2現(xiàn)場(chǎng)澆筑剪力墻照片表3.4實(shí)測(cè)棱柱體抗壓強(qiáng)度及彈性模量試件編號(hào)混凝土(MPa)高阻尼混凝土(MPa)高阻尼ECC(MPa)彈性模型(GPa)HSW133.2——32.5HDHSW1—34.1—30.6PHDHSW30.632.9—30.3PHDECCSW48.0—55.025.4表3.5鋼筋力學(xué)性能鋼筋規(guī)格屈服強(qiáng)度(MPa)極限強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)伸長(zhǎng)率(%)φ631647420124φ830546720729φ124015322051426表3.1試件力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果試件剪跨比墻高墻度暗柱截面試驗(yàn)裝置及測(cè)試內(nèi)容a)加載裝置示意圖b)現(xiàn)場(chǎng)加載相片圖3.3

加載裝置示意圖及現(xiàn)場(chǎng)加載相片a)墻身應(yīng)變片布置圖b)暗支撐應(yīng)變片布置圖圖3.4

鋼筋應(yīng)變片布置圖27試驗(yàn)裝置及測(cè)試內(nèi)容a)加載裝置示意圖b)現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)結(jié)果及分析特征荷載實(shí)測(cè)值及承載力表3.6

剪力墻特征荷載實(shí)測(cè)值試件編號(hào)(kN)(kN)(kN)正向負(fù)向均值正向負(fù)向均值正向負(fù)向均值HSW25.226.325.8100.598.799.6163.5157.3160.4HDHSW130.132.131.1113.4117.2115.3175.1172.2173.7PHDHSW29.828.729.25103.7101.4102.6162.1158.2160.2PHDECCSW84.381.582.9235.6228.7232.2294.8284.6289.7頂點(diǎn)位移實(shí)測(cè)值及延性表3.7剪力墻頂部位移實(shí)測(cè)值及延性系數(shù)試件編號(hào)(mm)(mm)(mm)均值正向負(fù)向正向負(fù)向正向負(fù)向HSW1.1-1.27.21-7.4533.19-33.554.55HDHSW11.48-1.527.71-7.9439.21-40.35.08PHDHSW1.43-1.387.47-7.3537.80-36.504.92PHDECCSW2.15-2.028.32-8.1435-354.2528試驗(yàn)結(jié)果及分析特征荷載實(shí)測(cè)值及承載力表3.6剪力墻特征荷載滯回性能a)HSWb)HDHSW1c)PHDHSWd)PHDECCSW圖3.6剪力墻實(shí)測(cè)滯回曲線29滯回性能a)HSWb)HDHSW1c)PHDHSWd)耗能與剛度退化圖3.9等效粘滯阻尼系數(shù)-位移變化曲線圖3.10剛度退化曲線對(duì)比圖試件破壞特征a)HSWb)HDHSW1a)PHDHSWa)PHDECCSW圖3.14剪力墻裂縫分布圖30耗能與剛度退化圖3.9等效粘滯阻尼系數(shù)-位移變化曲線圖應(yīng)變分析

為驗(yàn)證部分高阻尼剪力墻配筋型式的合理性，本文分別給出了剪力墻PHDHSW和PHDECCSW底部縱向鋼筋應(yīng)變、鋼筋暗支撐應(yīng)變和墻肢豎向分布筋與水平荷載之間的變化關(guān)系，如下圖所示。圖中豎向虛線表示鋼筋的實(shí)測(cè)屈服應(yīng)變(根據(jù)表3.5可計(jì)算得出)。PHDHSW鋼筋應(yīng)變PHECCSW鋼筋應(yīng)變31應(yīng)變分析為驗(yàn)證部分高阻尼剪力墻配筋型式的合小結(jié)

(1)與普通混凝土剪力墻相比，部分高阻尼混凝土剪力墻的開(kāi)裂荷載、延性和耗能能力具有較大程度的提高。與高阻尼混凝土剪力墻試驗(yàn)結(jié)果相比，部分高阻尼混凝土剪力墻的開(kāi)裂荷載、峰值荷載、延性和耗能能力均相差不大。(2)高阻尼混凝土比普通混凝土具有較高的造價(jià)，用部分高阻尼混凝土剪力墻來(lái)替代全部高阻尼混凝土剪力墻能節(jié)約工程造價(jià)，在經(jīng)濟(jì)上更具合理性。(3)與部分高阻尼混凝土剪力墻試驗(yàn)結(jié)果相比，部分高阻尼ECC剪力墻延性和變形能力無(wú)顯著差別，但其開(kāi)裂荷載和峰值荷載有較大程度的提高，剛度退化較小。從最終裂縫分布性態(tài)來(lái)看，具有較高軸壓比下的部分高阻尼ECC剪力墻裂縫開(kāi)展較為充分，整體破壞表現(xiàn)出較好的延性。在剪力墻底部容易發(fā)生破壞的部位用高阻尼ECC材料來(lái)代替高阻尼混凝土，能進(jìn)一步提高剪力墻耗能能力。32小結(jié)(1)與普通混凝土剪力墻相比，部分高阻尼混凝土試驗(yàn)概況4.高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究模型設(shè)計(jì)及制作表4.2

雙肢剪力墻試驗(yàn)參數(shù)對(duì)比澆筑材料墻肢暗支撐類型連梁暗支撐類型圖例參考文獻(xiàn)混凝土—鋼筋暗支撐(a)[41][80]混凝土鋼筋暗支撐鋼筋暗支撐(b)[41][80]高阻尼混凝土鋼筋暗支撐鋼板暗支撐(c)[56]高阻尼混凝土鋼板暗支撐鋼板暗支撐(d)-(a)(b)(c)(d)(e)1-1剖面(f)2-2剖面(g)3-3剖面33試驗(yàn)概況4.高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究模型設(shè)計(jì)表4.3鋼筋力學(xué)性能型號(hào)文獻(xiàn)[80]本文及文獻(xiàn)[56]屈服強(qiáng)度(MPa)極限強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)屈服強(qiáng)度(MPa)極限強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)φ4262370203276380202φ6467528202458542201φ8400474202416465204φ10420459204415461203φ12404578200396563202鋼板———289415198(a)鋼筋和鋼板整體骨架(b)局部構(gòu)造圖4.3

雙肢剪力墻制作現(xiàn)場(chǎng)照片34表4.3鋼筋力學(xué)性能型號(hào)文獻(xiàn)[80]本文及文獻(xiàn)[56]試驗(yàn)裝置及測(cè)試內(nèi)容a)加載裝置示意圖b)現(xiàn)場(chǎng)加載相片圖4.4

加載裝置示意圖及現(xiàn)場(chǎng)加載相片試驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)測(cè)承載力及延性35試驗(yàn)裝置及測(cè)試內(nèi)容a)加載裝置示意圖b)現(xiàn)場(chǎng)加載表4.4剪力墻特征荷載實(shí)測(cè)值組別試件編號(hào)(kN)(kN)(kN)正向負(fù)向

第一組()CSW250204.61259.66-209.380.1931.27CSW457230.39308.99-310.260.1781.34HDCSW162242.15352.35-328.420.1761.46HDCSW365281.64412.97-385.130.1571.47

第二組()CSW635190.59245.48-234.180.1431.34CSW737210.02279.24-278.120.1331.33HDCSW245201.30297.38-303.100.1511.48HDCSW448239.58355.27-336.020.1351.48表4.5剪力墻特征位移實(shí)測(cè)值組別試件編號(hào)(mm)

(mm)(mm)相對(duì)

第一組()CSW21.2716.7795.735.7081.000CSW41.2314.64114.667.8321.372HDCSW11.6115.33118.417.7241.353HDCSW31.5915.1496.326.3621.115

第二組()CSW61.1515.5393.856.0431.000CSW71.2013.31103.457.7721.286HDCSW21.5215.42109.737.1161.176HDCSW41.6315.46103.656.7041.10936表4.4剪力墻特征荷載實(shí)測(cè)值組別試件(kN)(kN)(滯回性能(a)CSW2(c)CSW4(e)CSW2(g)CSW2第一組剪力墻試驗(yàn)滯回曲線37滯回性能(a)CSW2(c)CSW4(e)CSW(b)CSW6(d)CSW7(f)CSW6(h)CSW6第二組剪力墻試驗(yàn)滯回曲線38(b)CSW6(d)CSW7(f)CSW6(h)骨架曲線及耗能能力分析組別試件編號(hào)(kN·mm)(kN·mm)(kN·mm)

第一組()CSW213.667.3410.500.2070.232CSW423.4216.6720.050.2060.231HDCSW128.1621.3924.780.1790.273HDCSW327.6326.3453.970.1760.250第二組()CSW611.6012.7212.160.1690.189CSW717.8322.1419.990.1740.234HDCSW222.2625.2823.770.2020.223HDCSW424.9426.3925.670.1870.239表4.6骨架曲線耗能與等效粘滯阻尼系數(shù)(a)第一組剪力墻(

)(b)第二組剪力墻(

)圖4.7骨架曲線對(duì)比圖39骨架曲線及耗能能力分析組別試件編號(hào)(kN·mm)(kN·試件破壞特征(a)初始裂縫圖(b)最終裂縫分布圖40試件破壞特征(a)初始裂縫圖(b)最終裂縫分布圖小結(jié)

(1)連梁內(nèi)設(shè)置帶抗剪釘?shù)匿摪?，解決了連梁內(nèi)設(shè)置鋼筋暗支撐帶來(lái)的鋼筋擁擠問(wèn)題，使得施工較為簡(jiǎn)單方便。與此同時(shí)，在加載后期內(nèi)置帶抗剪釘鋼板的連梁能使墻肢保持較好的整體受力性能，避免了各墻肢在加載后期單獨(dú)受力的情況，從而使得墻體的承載力和后期剛度有一定的增加，提高了剪力墻的抗震能力。(2)與普通配筋剪力墻和帶暗支撐剪力墻相比，高阻尼混凝土帶鋼板暗支撐雙肢剪力墻在開(kāi)裂荷載、極限承載力、變形能力、后期剛度和耗能能力方面均有一定程度的提高；對(duì)同為高阻尼混凝土的雙肢剪力墻，鋼板暗支撐比混合暗支撐更能提高剪力墻的承載力、后期剛度和耗能能力。(3)鋼板暗支撐的加入改善小剪跨比連梁的雙肢剪力墻延性。在試驗(yàn)過(guò)程中，首先在連梁端部形成較為明顯的塑性鉸，其次墻肢邊框柱底部混凝土被壓酥而發(fā)生明顯的破壞，屈服破壞機(jī)制具有明確的兩道抗震防線。41小結(jié)(1)連梁內(nèi)設(shè)置帶抗剪釘?shù)匿摪?，解決了連梁5.剪力墻恢復(fù)力模型及有限元分析圖5.1剪力墻四折線恢復(fù)力模型圖5.3開(kāi)裂狀態(tài)下截面應(yīng)力應(yīng)變分布圖圖5.4屈服狀態(tài)下截面應(yīng)力應(yīng)變分布圖圖5.5峰值狀態(tài)下截面應(yīng)力應(yīng)變分布圖四折線恢復(fù)力模型425.剪力墻恢復(fù)力模型及有限元分析圖5.1剪力墻(5.9)(5.19)(5.27)

剪力墻極限荷載取為峰值荷載的85%。根據(jù)材料力學(xué)的公式可得到剪力墻的初始剛度

，即：(5.30)剪力墻特征剛度的計(jì)算：43(5.9)(5.19)(5.27)剪力墻極限荷表5.1帶暗支撐單肢剪力墻初始彈性剛度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較試件編號(hào)實(shí)測(cè)值kN·mm-1計(jì)算值kN·mm-1相對(duì)誤差%HSW65.770.97.9HDHSW161.566.88.6HDHSW264.366.83.9HDHSW3128.4135.15.2PHDHSW57.8362.57.5PHDECCSW83.872.611.5

對(duì)帶暗支撐剪力墻試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，剪力墻的開(kāi)裂剛度

；屈服剛度

；峰值剛度

；下降段剛度

。剪力墻特征位移計(jì)算：(5.31)(5.32)(5.33)(5.34)剪力墻四折線恢復(fù)力模型44表5.1帶暗支撐單肢剪力墻初始彈性剛度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比滯回規(guī)則圖5.6剪力墻剛度退化曲線圖5.7剪力墻恢復(fù)力行走路線恢復(fù)力模型驗(yàn)證圖5.8恢復(fù)力模型計(jì)算與試驗(yàn)曲線對(duì)比(a)HSW(b)HDHSW(c)PHDHSW(d)PHDECCSW45滯回規(guī)則圖5.6剪力墻剛度退化曲線圖5.7剪力墻有限元分析分析參數(shù)選擇本文選用有限軟分析軟件MARC和ABAQUS進(jìn)行數(shù)值分析。(5.36)(5.37)混凝土受壓本構(gòu)混凝土受拉本構(gòu)鋼筋采用帶有強(qiáng)化段的兩折線模型圖5.10鋼筋兩折線模型示意圖46有限元分析分析參數(shù)選擇本文選用有限軟分析軟件MARC和ABA模擬與實(shí)測(cè)滯回曲線分析圖5.12PHDHSW滯回曲線對(duì)比圖5.13PHDECCSW滯回曲線對(duì)比單肢剪力墻47模擬與實(shí)測(cè)滯回曲線分析圖5.12PHDHSW滯回曲線圖5.14HDCSW3滯回曲線對(duì)比圖5.15HDCSW4滯回曲線對(duì)比雙肢剪力墻48圖5.14HDCSW3滯回曲線對(duì)比圖5.15單調(diào)加載分析圖5.16剪力墻模擬與實(shí)測(cè)骨架曲線對(duì)比(a)PHDHSW(b)PHDECCSW(c)HDCSW3(d)HDCSW449單調(diào)加載分析圖5.16剪力墻模擬與實(shí)測(cè)骨架曲線對(duì)比(a(a)PHDHSW(b)PHDECCSW圖5.23不同軸壓比下力-位移曲線表5.5模擬特征值及位移延性系數(shù)試件編號(hào)/kN/kN/mm/mmPHDHSW0.1115.37168.817.635.24.630.15127.45179.497.429.53.990.2151.86190.787.121.83.070.3177.32210.576.914.62.13PHDECCSW0.1182.40265.788.145.35.590.15195.78285.507.736.24.700.2237.53299.597.331.54.310.3266.14321.857.025.63.66參數(shù)分析軸壓比50(a)PHDHSW(b)PHDECCSW圖5.23圖5.24HDCSW3不同軸壓比下力-位移曲線圖5.25高阻尼ECC高度對(duì)峰值荷載的影響軸壓比高阻尼ECC高度雙肢剪力墻暗支撐型式(a)HDCSW3(4)(b)HDCSW5(6)(c)HDCSW7(8)圖5.26雙肢剪力墻不同暗支撐型式布置圖51圖5.24HDCSW3不同軸壓比下力-位移曲線圖5.2(a)連梁剪跨比為1時(shí)(b)連梁剪跨比為1.5時(shí)圖5.27不同暗支撐型式力-位移曲線含鋼率(a)墻肢含鋼率(b)連梁含鋼率圖5.32含鋼率對(duì)峰值承載力的影響52(a)連梁剪跨比為1時(shí)(b)連梁剪跨比為1.5時(shí)圖5小結(jié)

(1)提出了帶暗支撐剪力墻在各荷載特征點(diǎn)的理論計(jì)算公式，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到了滯回曲線的卸載段剛度衰減規(guī)律，采用本文所提出四折線恢復(fù)力模型可以較好地反映帶暗支撐剪力墻試件的滯回性能。(2)運(yùn)用有限元分析程序MARC和ABAQUS軟件對(duì)試驗(yàn)剪力墻構(gòu)件進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，模擬滯回曲線和實(shí)測(cè)滯回曲線較為吻合，在此基礎(chǔ)上分析了軸壓比，暗支撐型式和含鋼率等參數(shù)對(duì)剪力墻受力性能的影響。

(3)軸壓比對(duì)部分高阻尼剪力墻的抗震性能有較大影響，在相同軸壓比下，部分高阻尼ECC剪力墻PHDECCSW的承載力和延性顯著高于部分高阻尼混凝土剪力墻PHDHSW。53小結(jié)(1)提出了帶暗支撐剪力墻在各荷載特征6.鋼筋混凝土剪力墻基于性能的設(shè)計(jì)方法剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型分析塑性鉸影響因素分析(a)剪力墻(b)屈服曲率(c)極限曲率(d)屈服位移和極限位移圖6.1剪力墻尺寸及變形示意圖(6.1a)(6.1b)546.鋼筋混凝土剪力墻基于性能的設(shè)計(jì)方法剪力墻塑性鉸表6.1模擬特征值及位移延性系數(shù)提出者計(jì)算式Park[119]Paulay[121]Bohl[122]張松[123]European8[129]

Sasani[130]有限元分析圖6.3剪力墻截面及配筋示意圖55表6.1模擬特征值及位移延性系數(shù)提出者計(jì)算式Park有限元分析單參數(shù)下塑性鉸長(zhǎng)度擬合(a)剪跨比(b)軸壓比(c)暗柱配筋率(d)墻肢配筋率圖6.4各參數(shù)對(duì)塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度的影響56有限元分析單參數(shù)下塑性鉸長(zhǎng)度擬合(a)剪跨比(b)軸塑性鉸長(zhǎng)度模型多參數(shù)影響下的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型：(6.9)(6.11)式(6.11)中每個(gè)指數(shù)函數(shù)可近似表示為：(6.12)經(jīng)多參數(shù)擬合后的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算公式為：(6.13)(6.14)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型驗(yàn)證(6.15)57塑性鉸長(zhǎng)度模型多參數(shù)影響下的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型：(6.9)表6.2剪力墻試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源試件編號(hào)

/MPa

[123]sw12.2100012520.70.10.4720.3sw42.2100012520.70.40.4712.9sw61.7100012520.70.30.4711.4sw72.2100012530.80.30.4712.1sw82.7100012530.80.30.4721.4[134]sw212.16506542.801.5620.6sw222.16506550.60.11.5615.3sw232.16506547.80.21.5613.9sw242.16506548.301.5618.1sw252.165065450.21.569.5sw262.16506530.101.5620.9[135]msw11.5120010024.5300.5625.4msw21.5120010024.5400.2836.8msw31.5120010022.650.070.2826.558表6.2剪力墻試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源試件編號(hào)/表6.3塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型對(duì)剪力墻極限位移的影響數(shù)據(jù)來(lái)源試件編號(hào)Park[119]Paulay[121]Bohl[122]Sasani[130]本文ERRERRERRERRERR[123]sw135.474.3%26.630.8%30.148.3%32.158.2%24.918.6%sw417.233.7%15.520.3%14.411.6%16.628.7%14.310.0%sw612.05.4%9.913.4%8.921.3%11.30.8%9.814.1%sw717.544.6%14.923.4%14.217.4%16.536.7%13.711.9%sw823.911.7%21.11.5%20.92.1%22.76.1%19.59.6%[134]sw2123.614.9%17.515.2%20.81.2%21.43.6%17.814.6%sw2215.94.21%12.617.6%13.511.9%14.73.9%13.114.4%sw2311.31.89%9.631.1%9.531.5%10.623.5%10.425.1%sw2425.742.1%18.835.0%22.624.5%23.127.6%17.81.6%sw2511.117.9%9.50.5%9.40.3%10.511.3%8.96.3%sw2618.99.9%14.531.0%16.919.5%17.217.8%18.810.0%[135]msw133.833.1%23.57.3%25.71.4%30.620.7%22.312.2%msw260.063.1%38.95.9%43.518.2%53.542.5%38.13.5%msw329.511.3%21.020.9%21.518.8%26.91.5%19.825.2%59表6.3塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型對(duì)剪力墻極限位移的影響數(shù)據(jù)剪力墻基于變形的設(shè)計(jì)方法曲率延性與位移延性的關(guān)系延性定義(6.15)(6.23)剪力墻極限位移角計(jì)算(6.24)(6.25)60剪力墻基于變形的設(shè)計(jì)方法曲率延性與位移延性的關(guān)系延性定義(6(6.27)

影響剪力墻極限位移角的主要因素有剪跨比、軸壓比、相對(duì)受壓區(qū)高度和配箍特征值相對(duì)受壓區(qū)高度計(jì)算(6.28)(6.29)邊緣約束區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算61(6.27)影響剪力墻極限位移角的主要因素有剪跨比(6.33)邊緣約束區(qū)配箍特征值計(jì)算(6.36)圖6.7剪力墻基于變形的設(shè)計(jì)流程圖62(6.33)邊緣約束區(qū)配箍特征值計(jì)算(6.36)圖6.7

計(jì)算示例

以剪跨比為2的懸臂剪力墻為例，當(dāng)需求位移角

分別取1/150、1/100、1/80和1/60時(shí)，按圖6.7所示的基于變形的設(shè)計(jì)流程圖，可經(jīng)計(jì)算得到剪力墻在不同軸壓比和墻肢配筋率下相對(duì)邊緣約束區(qū)長(zhǎng)度

以及相應(yīng)約束邊緣構(gòu)件的配箍特征值

，詳見(jiàn)表6.9~表6.12。表6.9約束邊緣構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)度()0.0050.010.0150.021/1500.1060.1600.2010.2341/1000.1360.1880.2280.2581/800.1480.2000.2380.2681/600.1600.2110.2490.278表6.10約束邊緣構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)度()0.0050.010.0150.021/1500.2150.2530.2820.3051/1000.2430.2780.3060.3271/800.2540.2890.3150.3361/600.2650.2990.3250.34563計(jì)算示例以剪跨比為2的懸臂剪力墻為例，當(dāng)表6.11配箍特征值要求長(zhǎng)度()0.0050.010.0150.021/1500.0560.0910.1230.1551/1000.1090.1610.2090.2571/800.1480.2130.2730.3331/600.2140.3000.3800.461表6.12配箍特征值要求長(zhǎng)度()0.0050.010.0150.021/1500.1260.1580.1890.2231/1000.2120.2610.3080.3591/800.2780.3380.3980.4611/600.3860.4670.5460.63164表6.11配箍特征值要求長(zhǎng)度(小結(jié)(1)在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，利用MATLAB軟件擬合出了單一影響因素對(duì)塑性鉸長(zhǎng)度的影響。進(jìn)而，通過(guò)多參數(shù)擬合，提出了在主要因素影響下的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型。(2)利用本文提出的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型，計(jì)算出了已有剪力墻的極限位移，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的極限進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果表明本文提出的等效塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算的具有一定的合理性。(3)給出了鋼筋混凝土剪力墻基于變形能力的設(shè)計(jì)流程圖，并推導(dǎo)了邊緣約束區(qū)長(zhǎng)度和配箍特征值的計(jì)算公式，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供參考。65小結(jié)(1)在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，利用MATLAB結(jié)論與展望結(jié)論(1)在聚合物摻入量相同情況下，單一乳液(SD623)比乳液共混(SD623、BC992)對(duì)ECC材料的強(qiáng)度影響要大，但對(duì)阻尼比沒(méi)有顯著的影響。在ECC材料中摻加乳液共混聚合物時(shí)，能夠在強(qiáng)度降低不大的情況下，提高材料的阻尼比，高阻尼ECC材料最優(yōu)聚灰比在6%~8%之間；(2)高阻尼混凝土比普通混凝土具有較高的造價(jià)，用部分高阻尼混凝土剪力墻來(lái)替代全部高阻尼混凝土剪力墻能節(jié)約工程造價(jià)，在經(jīng)濟(jì)上更具合理性。在剪力墻底部容易發(fā)生破壞的部位用高阻尼ECC材料來(lái)代替高阻尼混凝土，能進(jìn)一步提高剪力墻承載力和耗能能力。(3)通過(guò)與已有試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，高阻尼混凝土帶鋼板暗支撐雙肢剪力墻的開(kāi)裂荷載、極限承載力、后期剛度、變形能力、耗能能力均有一定程度的提高。從試件的最終破壞形態(tài)來(lái)看，鋼板暗支撐的加入改善小剪跨比連梁的雙肢剪力墻延性。試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)值分析表明，該新型剪力墻具有一定的工程實(shí)用意義，將該新型剪力墻結(jié)構(gòu)用于工程中，更有利于結(jié)構(gòu)的抗震。66結(jié)論與展望結(jié)論(1)在聚合物摻入量相同(4)提出了帶暗支撐剪力墻在各荷載特征點(diǎn)的理論計(jì)算公式，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到了滯回曲線的卸載段剛度衰減規(guī)律，采用本文所提出四折線恢復(fù)力模型可以較好地反映帶暗支撐剪力墻試件的滯回性能。(5)隨剪跨比的增大，塑性鉸長(zhǎng)度逐漸增加，并呈現(xiàn)出明顯的非線性關(guān)系；隨軸壓比和墻肢配筋率增大，塑性鉸長(zhǎng)度逐漸減小，且呈現(xiàn)出明顯線性關(guān)系。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，利用MATLAB軟件擬合出了單一影響因素對(duì)塑性鉸長(zhǎng)度的影響。進(jìn)而，通過(guò)多參數(shù)擬合，提出了在主要因素影響下的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型。展望(1)工程水泥基復(fù)合材料(ECC)的本構(gòu)關(guān)系材料本構(gòu)關(guān)系是進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析及理論分析的基礎(chǔ)，ECC作為一種新型材料，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的本構(gòu)關(guān)系曲線，特別是本文配制的高阻尼ECC材料的本構(gòu)關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。高阻尼ECC材料構(gòu)件的阻尼性能是利用懸臂梁自由振動(dòng)衰減法確定的，而阻尼是結(jié)構(gòu)構(gòu)件動(dòng)力特性重要的參數(shù)，有必要對(duì)高阻尼ECC材料構(gòu)件在動(dòng)力荷載作用下的阻尼性能進(jìn)行研究。67(4)提出了帶暗支撐剪力墻在各荷載特征點(diǎn)的(2)由于實(shí)驗(yàn)室條件限制，對(duì)本文提出的高阻尼混凝土帶鋼板暗支撐雙肢剪力墻和部分高阻尼剪力墻進(jìn)行是低周反復(fù)加載試驗(yàn)，采用的耗能能力評(píng)價(jià)指標(biāo)是等效粘滯阻尼系數(shù)，但低周反復(fù)加載試驗(yàn)屬于靜力試驗(yàn)的范疇。為進(jìn)一步了解高阻尼剪力墻的抗震性能，需對(duì)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力荷載作用下的受力性能研究。(3)本文提出的塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型只考慮剪跨比、軸壓比和墻肢配筋率等主要因素的影響。為精確的估算不同參數(shù)下的剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度，需要進(jìn)一步研究混凝土的強(qiáng)度、約束邊緣構(gòu)件情況和鋼筋強(qiáng)度等因素的影響。剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度的大小反映了剪力墻的延性和變形能力的強(qiáng)弱，如何通過(guò)塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型較為精確的估計(jì)剪力墻的延性和變形能力需要進(jìn)行持續(xù)深入的研究。展望68(2)由于實(shí)驗(yàn)室條件限制，對(duì)本文提出的高阻尼謝謝69謝謝69新型高阻尼混凝土暗支撐剪力墻抗震

性能與設(shè)計(jì)方法研究博士學(xué)位論文答辯學(xué)位申請(qǐng)人：培養(yǎng)單位土木工程學(xué)院導(dǎo)師姓名及職稱教授學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)工程研究方向建筑結(jié)構(gòu)抗震答辯日期70新型高阻尼混凝土暗支撐剪力墻抗震

性能與設(shè)計(jì)方法研究博士學(xué)位目錄1.緒論2.阻尼識(shí)別理論及ECC材料阻尼性能研究3.部分高阻尼剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究4.高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究5.剪力墻恢復(fù)力模型及有限元分析6.鋼筋混凝土剪力墻基于性能的設(shè)計(jì)方法7.結(jié)論與展望71目錄1.緒論2.阻尼識(shí)別理論及ECC材料阻尼性能研究3.部1.緒論研究背景及意義混凝土阻尼性能研究概述概善剪力墻抗震性能的研究本文研究的主要內(nèi)容721.緒論研究背景及意義3鋼筋混凝土剪力墻是高層建筑中最為主要的抵抗水平荷載及水平地震作用的抗側(cè)力構(gòu)件。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一般作為結(jié)構(gòu)抗震的第一道設(shè)防防線。從能量的角度分析，剪力墻在強(qiáng)震作用下吸收的能量主要是通過(guò)自身的彈塑性變形能力來(lái)進(jìn)行耗散。為提高剪力墻的耗能能力，常見(jiàn)的做法是在剪力墻墻身中設(shè)置阻尼器或在剪力墻底部設(shè)置橡膠隔震支座來(lái)達(dá)到減震的目的。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的阻尼值一般取為0.05?，F(xiàn)有的研究表明，結(jié)構(gòu)在靜力和動(dòng)力作用下的阻尼是不同，隨著結(jié)構(gòu)進(jìn)入損傷階段，其阻尼呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。研究背景及意義施工不便，且后期維護(hù)費(fèi)用較高73鋼筋混凝土剪力墻是高層建筑中最為主要的抵抗水平荷載及水平地震混凝土阻尼性能研究概述對(duì)于混凝土阻尼性能的研究主要包括普通混凝土阻尼性能研究和聚合物混凝土阻尼性能研究?jī)蓚€(gè)方面。普通混凝土阻尼性能研究等效粘滯阻尼理論湯姆森粘滯阻尼理論Jacobsen

等效粘滯阻尼理論Swamy水灰比、養(yǎng)護(hù)條件骨料種類Hop

鋼筋混凝土梁不同齡期的阻尼柯國(guó)軍

不同配合比下混凝土T型懸臂梁微幅振動(dòng)下的阻尼研究現(xiàn)狀74混凝土阻尼性能研究概述對(duì)于混凝土阻尼性能的研究主要包括普通混高阻尼混凝土阻尼性能研究研究現(xiàn)狀Schulz和Tanner率先研究了聚合物混凝土的阻尼性能（ICPIC’84），并首次將其應(yīng)于機(jī)械的基礎(chǔ)。Wong采用自由振動(dòng)法研究了聚灰比對(duì)阻尼性能的影響。FuXuli研究了聚合物、聚乙烯纖維和硅粉等不同摻合料對(duì)阻尼性能的影響。Chung提出在砂漿中摻入甲基纖維素、碳纖維和硅粉等摻合料時(shí)，對(duì)水泥砂漿阻尼的影響。我國(guó)學(xué)者：陳振富劉鐵軍75高阻尼混凝土阻尼性能研究研究現(xiàn)狀Schulz和Tanner率高阻尼混凝土在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用Walter對(duì)圓鋼管聚合物混凝土與普通圓鋼管混凝土梁的受彎性能對(duì)比試驗(yàn)。劉鐵軍進(jìn)行了3組單層兩榀高阻尼聚合物混凝土框架模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，并測(cè)定普通混凝土框架結(jié)構(gòu)與高阻尼聚合物混凝土框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。研究現(xiàn)狀改善剪力墻抗震性能的研究影響剪力墻抗震能力強(qiáng)弱的因素主要有延性和承載力兩個(gè)方面，一般來(lái)說(shuō)，提高剪力墻抗震能力主要從上述兩個(gè)方面著手。76高阻尼混凝土在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用Walter對(duì)圓鋼管聚合物混凝土開(kāi)縫剪力墻圖1.1

霞關(guān)大夏帶豎縫抗震墻圖1.2

半通縫剪力墻圖1.3

縫內(nèi)填充橡膠剪力墻圖1.4

雙功能帶縫剪力墻研究現(xiàn)狀77開(kāi)縫剪力墻圖1.1霞關(guān)大夏帶豎縫抗震墻圖1.2半通縫帶暗支撐剪力墻研究現(xiàn)狀a)斜向配筋混凝土連梁b)菱形配筋混凝土連梁c)交叉菱形配筋混凝土筋連梁d)型鋼混凝土連梁圖1.6

連梁配筋方案圖1.5

暗支撐剪力墻圖1.7

帶栓釘鋼板混凝土連梁78帶暗支撐剪力墻研究現(xiàn)狀a)斜向配筋混凝土連梁b)菱形配筋高阻尼混凝土剪力墻上述大量的研究都是從改變剪力墻配筋型式這一個(gè)方面著手來(lái)提高剪力墻的抗震性能，如采用斜向配筋、加設(shè)暗支撐以及設(shè)置開(kāi)縫剪力墻等，但是較少有研究者從改善混凝土阻尼性能這一方面著手進(jìn)行研究。結(jié)合現(xiàn)有研究成果，課題組在總結(jié)國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，提出了高阻尼混凝土剪力墻。

帶鋼筋暗支撐雙肢剪力墻研究現(xiàn)狀79高阻尼混凝土剪力墻上述大量的研究都是從改變剪力墻配筋型式這一本文研究?jī)?nèi)容ECC材料的基本力學(xué)性能和阻尼性能試驗(yàn)研究部分高阻尼剪力墻試驗(yàn)研究研究?jī)?nèi)容結(jié)合現(xiàn)有的高阻尼混凝土剪力墻的研究成果，通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析，進(jìn)一步論證了將高阻尼混凝土應(yīng)用于剪力墻結(jié)構(gòu)的可行性。在強(qiáng)烈地震作用下，剪力墻受力較大的部位會(huì)出現(xiàn)塑性鉸，塑性郊區(qū)的大小反映了剪力墻耗能能力的強(qiáng)弱，探討了影響剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度的因素上，提出了剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度的計(jì)算公式。具體內(nèi)容包括：80本文研究?jī)?nèi)容ECC材料的基本力學(xué)性能和阻尼性能試驗(yàn)研究部分高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究剪力墻恢復(fù)力模型及有限元分析剪力墻塑性鉸長(zhǎng)度計(jì)算模型分析探討了剪力墻基于變形的設(shè)計(jì)方法研究?jī)?nèi)容81高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究剪力墻恢復(fù)力模型及有2.阻尼識(shí)別基本理論及ECC材料阻尼性能研究822.阻尼識(shí)別基本理論及ECC13阻尼識(shí)別基本理論阻尼是衡量結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的重要參數(shù)，與結(jié)構(gòu)體系中質(zhì)量、剛度不同，不能通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算和直接的測(cè)量方式得到。常用的方法是通過(guò)自然或人工激勵(lì)的使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)利用信號(hào)采集設(shè)備采集結(jié)構(gòu)體系的響應(yīng)信號(hào)，進(jìn)而利用信號(hào)識(shí)別方法來(lái)確定結(jié)構(gòu)體系的阻尼及其他模特參數(shù)。信號(hào)識(shí)別方法主要包括頻域法和時(shí)域法兩類。時(shí)域法優(yōu)點(diǎn)：能直接識(shí)別結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，改方法避免了由傅里葉變換而造成的信號(hào)能量損失，提高了識(shí)別精度。時(shí)域法主要有ITD法、LSCE法、NExT法、ARMA法等。83阻尼識(shí)別基本理論阻尼是衡量結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的重要參數(shù)，與結(jié)構(gòu)體系RDT法隨機(jī)減量法(RandomDecrementTechnique-RDT)由美國(guó)學(xué)者Cole提出。該方法利用樣本平均的方法，去除響應(yīng)中的隨機(jī)成分，從而獲得初始激勵(lì)下的自由響應(yīng)。a)隨機(jī)振動(dòng)曲線b)擬合后曲線圖2.1平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)NExT法NExT法(NaturalExcitationTechnique)，又稱自然激勵(lì)技術(shù)法，是由James在1993年的一份研究報(bào)告提出的。84RDT法隨機(jī)減量法(RandomDecrementTecITD法ITD法(TheIbrahimtimedomaintechnique)是由Ibrahim在上世紀(jì)70年代提出的一種用于結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域信號(hào)參數(shù)識(shí)別方法。模態(tài)參數(shù)識(shí)別步驟圖2.2模態(tài)參數(shù)識(shí)別流程圖超高韌性水泥基復(fù)合材料(ECC)試驗(yàn)研究試驗(yàn)用原材料及其配比本文ECC材料配和比是在參考文獻(xiàn)[57]基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)修正，見(jiàn)表2.1所示。85ITD法ITD法(TheIbrahimtimedoma表2.1ECC材料配合比水泥硅灰石英粉石英砂水灰比減水劑PE10.3890.2770.9670.2080.020.02表2.2聚乙烯纖維(PE)力學(xué)性能長(zhǎng)度(mm)直徑(um)彈性模量(GPa)斷裂強(qiáng)度(MPa)密度(g·m-3)12258530000.97表2.3高阻尼ECC材料配合比組別試件編號(hào)水灰比/%聚灰比/%BC992SD623第一組PT0.208——第二組PT-SD50.208—5PT-SD100.208—10PT-SD150.208—15PT-SD200.208—20第二組PT-BC-SD50.2082.52.5PT-BC-SD100.20855PT-BC-SD150.2087.57.5PT-BC-SD200.208101086表2.1ECC材料配合比水泥硅灰石英粉石英砂水灰比減水劑P試件設(shè)計(jì)及測(cè)試方法軸心抗壓強(qiáng)度()和彈性模量()測(cè)試按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2001)進(jìn)行。軸心受拉采啞鈴型試件。圖2.3啞鈴形試件截面尺寸圖圖2.4試件配筋圖2.5試驗(yàn)加載裝置圖圖2.6現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載照片87試件設(shè)計(jì)及測(cè)試方法軸心抗壓強(qiáng)度()和彈性模量()測(cè)試力學(xué)性能測(cè)試受壓力學(xué)性能測(cè)試a)ECCb)BC-SD-5%c)BC-SD-10%d)SD-10%表2.4試件力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果組別試件編號(hào)抗壓強(qiáng)度/MPa彈性模量/GPa阻尼比第一組PT79.7436.422.23%第二組PT-SD543.9322.783.12%PT-SD1041.4121.354.02%PT-SD1531.6219.764.27%PT-SD2031.4819.525.02%第二組PT-BC-SD561.9733.923.37%PT-BC-SD1055.6225.633.66%PT-BC-SD1552.5623.904.01%PT-BC-SD2043.4422.034.47%受拉力學(xué)性能測(cè)試88力學(xué)性能測(cè)試受壓力學(xué)性能測(cè)試a)ECCb)BC-SD-5振動(dòng)信號(hào)測(cè)試及阻尼識(shí)別振動(dòng)信號(hào)測(cè)試ECC懸臂梁分三組進(jìn)行，第一組由普通ECC材料澆筑而成，采用的試件為PT；第二組主要考慮不同摻量下的單一乳液(SD623)對(duì)ECC材料阻尼性能的影響，采用的試件為PT-SD5、PT-SD10、PT-SD15和PT-SD20；第三組主要考慮不同摻量下的乳液共混(BC992、SD623)對(duì)ECC材料阻尼性能的影響，采用的試件為PT-BC-SD5、PT-BC-SD10、PT-BC-SD15和PT-BC-SD20。a)1mmb)2mmc)3mmd)4mm89振動(dòng)信號(hào)測(cè)試及阻尼識(shí)別振動(dòng)信號(hào)測(cè)試ECC懸臂梁阻尼識(shí)別a)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SD623、BC992)圖2.2聚合物摻量對(duì)阻尼比的影響試驗(yàn)分析結(jié)果及討論

隨著聚灰比的提高，ECC材料的阻尼比逐漸增大，但其強(qiáng)度和彈性模量有所降低。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)聚灰比相同時(shí)，采用乳液共混時(shí)的強(qiáng)度和彈性模量比采用單一乳液時(shí)要高，且采用乳液共混與采用單一乳液相比，其阻尼比相差不大。90阻尼識(shí)別a)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SDa)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SD623、BC992)圖2.14相對(duì)阻尼比及相對(duì)抗壓強(qiáng)度隨聚灰比變化曲線兩折線懸臂梁阻尼比模型

一般認(rèn)為，構(gòu)件的阻尼主要有材料阻尼和摩擦阻尼兩部分組成。材料阻尼包括材料本身各相之間的界面摩擦以及高分子材料通過(guò)分子鍵和物理鍵耗散能量產(chǎn)生的阻尼；摩擦阻尼主要包括ECC材料開(kāi)裂處骨料摩擦和聚乙烯纖維(PE)與骨料的相互作用而產(chǎn)生的阻尼。91a)單一乳液(SD623)b)乳液共混(SD623、假定：(1)材料阻尼是材料本身固有的特性，不隨T型梁構(gòu)件振幅的變化而變化，材料的阻尼認(rèn)為是一定值。

(2)在彈塑性階段，摩擦阻尼是阻尼比增大的主要原因。隨著裂縫的開(kāi)展，摩擦阻尼的影響越來(lái)越大，且摩擦阻尼隨振動(dòng)幅度呈線性關(guān)系。圖2.15兩折線阻尼比模型示意圖

(2.46)a)PT-BC-SD5a)PT-BC-SD10圖2.16懸臂梁實(shí)測(cè)與計(jì)算模型阻尼比曲線對(duì)比圖92假定：(1)材料阻尼是材料本身固有的特性，不隨T型梁小結(jié)(1)隨著聚合物的摻入量的增加，ECC材料的強(qiáng)度和彈性模量逐漸降低，阻尼比逐漸增大。(2)在聚合物摻入量相同情況下，單一乳液(SD623)比乳液共混(SD623、BC992)對(duì)ECC材料的強(qiáng)度影響要大，但對(duì)阻尼比沒(méi)有顯著的影響。在ECC材料中摻加乳液共混聚合物時(shí)，能夠在強(qiáng)度降低不大的情況下，較高的提高材料的阻尼比(3)當(dāng)聚合物采用單一乳液(SD623)時(shí)，高阻尼ECC材料的最優(yōu)聚灰比在4%~6%之間；當(dāng)聚合物采用乳液共混(SD623、BC992)時(shí)，高阻尼ECC材料的最優(yōu)聚灰比在6%~8%之間

(4)探討了阻尼產(chǎn)生的機(jī)理和影響阻尼比小的主要因素，提出了阻尼全過(guò)程的兩折線簡(jiǎn)化計(jì)算模型，并給出了簡(jiǎn)化計(jì)算模型的參數(shù)計(jì)算公式及建議的參數(shù)選擇范圍。93小結(jié)(1)隨著聚合物的摻入量的增加，ECC材料的強(qiáng)3.部分高阻尼剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究試驗(yàn)概況

本章試驗(yàn)的2片單肢剪力墻試件的編號(hào)分別為PHDECCSW和PHDHSW，截面尺寸為700mm×100mm，試件高度H=1400mm，剪跨比均為2.0，模型縮尺比例均為1:3；試驗(yàn)時(shí)加載梁高度為200，相應(yīng)的試驗(yàn)剪跨比為2.14。模型設(shè)計(jì)及制作圖3.1

試件尺寸和配筋943.部分高阻尼剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究試驗(yàn)概況表3.1試件力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果試件編號(hào)剪跨比

墻高(mm)墻度(mm)暗柱截面(mm)豎向荷載(kN)試驗(yàn)軸圧比HSW121400700100×1002340.1HDHSW121400700100×1002340.1PHDHSW21400700100×1002300.1PHDECCSW21400700100×1007700.2圖3.2現(xiàn)場(chǎng)澆筑剪力墻照片表3.4實(shí)測(cè)棱柱體抗壓強(qiáng)度及彈性模量試件編號(hào)混凝土(MPa)高阻尼混凝土(MPa)高阻尼ECC(MPa)彈性模型(GPa)HSW133.2——32.5HDHSW1—34.1—30.6PHDHSW30.632.9—30.3PHDECCSW48.0—55.025.4表3.5鋼筋力學(xué)性能鋼筋規(guī)格屈服強(qiáng)度(MPa)極限強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)伸長(zhǎng)率(%)φ631647420124φ830546720729φ124015322051495表3.1試件力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果試件剪跨比墻高墻度暗柱截面試驗(yàn)裝置及測(cè)試內(nèi)容a)加載裝置示意圖b)現(xiàn)場(chǎng)加載相片圖3.3

加載裝置示意圖及現(xiàn)場(chǎng)加載相片a)墻身應(yīng)變片布置圖b)暗支撐應(yīng)變片布置圖圖3.4

鋼筋應(yīng)變片布置圖96試驗(yàn)裝置及測(cè)試內(nèi)容a)加載裝置示意圖b)現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)結(jié)果及分析特征荷載實(shí)測(cè)值及承載力表3.6

剪力墻特征荷載實(shí)測(cè)值試件編號(hào)(kN)(kN)(kN)正向負(fù)向均值正向負(fù)向均值正向負(fù)向均值HSW25.226.325.8100.598.799.6163.5157.3160.4HDHSW130.132.131.1113.4117.2115.3175.1172.2173.7PHDHSW29.828.729.25103.7101.4102.6162.1158.2160.2PHDECCSW84.381.582.9235.6228.7232.2294.8284.6289.7頂點(diǎn)位移實(shí)測(cè)值及延性表3.7剪力墻頂部位移實(shí)測(cè)值及延性系數(shù)試件編號(hào)(mm)(mm)(mm)均值正向負(fù)向正向負(fù)向正向負(fù)向HSW1.1-1.27.21-7.4533.19-33.554.55HDHSW11.48-1.527.71-7.9439.21-40.35.08PHDHSW1.43-1.387.47-7.3537.80-36.504.92PHDECCSW2.15-2.028.32-8.1435-354.2597試驗(yàn)結(jié)果及分析特征荷載實(shí)測(cè)值及承載力表3.6剪力墻特征荷載滯回性能a)HSWb)HDHSW1c)PHDHSWd)PHDECCSW圖3.6剪力墻實(shí)測(cè)滯回曲線98滯回性能a)HSWb)HDHSW1c)PHDHSWd)耗能與剛度退化圖3.9等效粘滯阻尼系數(shù)-位移變化曲線圖3.10剛度退化曲線對(duì)比圖試件破壞特征a)HSWb)HDHSW1a)PHDHSWa)PHDECCSW圖3.14剪力墻裂縫分布圖99耗能與剛度退化圖3.9等效粘滯阻尼系數(shù)-位移變化曲線圖應(yīng)變分析

為驗(yàn)證部分高阻尼剪力墻配筋型式的合理性，本文分別給出了剪力墻PHDHSW和PHDECCSW底部縱向鋼筋應(yīng)變、鋼筋暗支撐應(yīng)變和墻肢豎向分布筋與水平荷載之間的變化關(guān)系，如下圖所示。圖中豎向虛線表示鋼筋的實(shí)測(cè)屈服應(yīng)變(根據(jù)表3.5可計(jì)算得出)。PHDHSW鋼筋應(yīng)變PHECCSW鋼筋應(yīng)變100應(yīng)變分析為驗(yàn)證部分高阻尼剪力墻配筋型式的合小結(jié)

(1)與普通混凝土剪力墻相比，部分高阻尼混凝土剪力墻的開(kāi)裂荷載、延性和耗能能力具有較大程度的提高。與高阻尼混凝土剪力墻試驗(yàn)結(jié)果相比，部分高阻尼混凝土剪力墻的開(kāi)裂荷載、峰值荷載、延性和耗能能力均相差不大。(2)高阻尼混凝土比普通混凝土具有較高的造價(jià)，用部分高阻尼混凝土剪力墻來(lái)替代全部高阻尼混凝土剪力墻能節(jié)約工程造價(jià)，在經(jīng)濟(jì)上更具合理性。(3)與部分高阻尼混凝土剪力墻試驗(yàn)結(jié)果相比，部分高阻尼ECC剪力墻延性和變形能力無(wú)顯著差別，但其開(kāi)裂荷載和峰值荷載有較大程度的提高，剛度退化較小。從最終裂縫分布性態(tài)來(lái)看，具有較高軸壓比下的部分高阻尼ECC剪力墻裂縫開(kāi)展較為充分，整體破壞表現(xiàn)出較好的延性。在剪力墻底部容易發(fā)生破壞的部位用高阻尼ECC材料來(lái)代替高阻尼混凝土，能進(jìn)一步提高剪力墻耗能能力。101小結(jié)(1)與普通混凝土剪力墻相比，部分高阻尼混凝土試驗(yàn)概況4.高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究模型設(shè)計(jì)及制作表4.2

雙肢剪力墻試驗(yàn)參數(shù)對(duì)比澆筑材料墻肢暗支撐類型連梁暗支撐類型圖例參考文獻(xiàn)混凝土—鋼筋暗支撐(a)[41][80]混凝土鋼筋暗支撐鋼筋暗支撐(b)[41][80]高阻尼混凝土鋼筋暗支撐鋼板暗支撐(c)[56]高阻尼混凝土鋼板暗支撐鋼板暗支撐(d)-(a)(b)(c)(d)(e)1-1剖面(f)2-2剖面(g)3-3剖面102試驗(yàn)概況4.高阻尼混凝土鋼板暗支撐雙肢剪力墻試驗(yàn)研究模型設(shè)計(jì)表4.3鋼筋力學(xué)性能型號(hào)文獻(xiàn)[80]本文及文獻(xiàn)[56]屈服強(qiáng)度(MPa)極限強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)屈服強(qiáng)度(MPa)極限強(qiáng)度(MPa)彈性模量(GPa)φ4262370203276380202φ6467528202458542201φ8400474202416465204φ10420459204415461203φ12