剪力墙非弹性剪切弹簧材料模型的研究与应用.pdf

中文摘要 摘 要 随着高层、超高层建筑结构的广泛应用，结构形式从框架结构逐渐转变为剪力 墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构等，剪力墙的应用比例快速增长，因此研究 方向从框架性能研究逐渐过渡到剪力墙的性能研究。对于传统框架结构的设计以 及模拟方法经过多年的研究积累已经形成较为成熟的体系，而相比于框架结构，有 关剪力墙结构的研究工作相对滞后。尤其是当非线性动力反应分析成为结构分析 的必要手段时，剪力墙的抗剪性能和抗剪模型研究就显得尤为重要。虽然目前世界 各国对于抗剪性能的研究已经逐渐积累了一定数量的剪力墙试验，但是绝大多数 试验并未涉及弯剪变形分离，且剪力墙试验研究以小剪跨比试验居多，偏大剪跨比 试验较少。由此看来剪力墙试验进展依旧比较局限，跟不上结构分析和计算模型的 发展趋势。然而，剪力墙研究的最大缺口是非线性动力反应分析中剪切模型（剪力 -剪切位移（剪切角）关系）的定义。虽然各国提出一些建议模型，但是已有的模 型没有经过更多的试验检验，而得不到学术界的普遍认可和工程界的广泛使用。因 此，剪力墙非弹性剪切模型是一项值得研究的工作。 本文利用有限元手段研究剪力墙非弹性剪切弹簧材料模型。首先基于已有的 可靠分离弯曲、剪切变形的试验和两种剪切变形分离方法，利用基于不同单元模型 的有限元软件进行模拟分析和对比验证，根据对比结果选定相对合理的有限元分 析软件和剪切变形分离方法。然后利用选定的有限元软件大量模拟不同参数的剪 力墙构件并根据选定的剪切变形分离方法分离非线性变形中的剪切变形，即可获 得各构件的剪力-剪切变形关系。在此基础之上，再分析各影响因素对剪切材料模 型定参点（剪力和剪切角）的影响效果和具体规律，并通过数值回归拟合得到模型 定参点 （剪力（剪应力）和剪切角）的函数公式。因本团队已有硕士研究生按照早 期国外专家建议的剪切模型对当前设计的剪力墙结构进行过非弹性动力反应分析， 故本论文最后将所回归拟合的剪切材料模型用于同一结构并完成其动力反应分析， 表明两次模拟分析所得的剪力墙肢构件的损伤程度结论有明显差别，本文对这类 差别做了分析评价，证明本文拟合出的剪切材料模型能更为有效地判断剪力墙结 构墙肢构件的受力性能和损伤程度。 通过以上有限元分析和研究得出的主要结论如下： ① VecTor2 有限元软件凭借其对剪力墙构件性能和剪切变形计算数据的准确 模拟，被确定为本文的有限元模拟软件。 ② 通过比较和评价瑞士 Alessandro 试验和美国 Tran 试验中的剪切变形分离 方法，确定了剪力墙非线性变形中剪切变形的定义方法为总变形减去弯曲变形。 I 重庆大学硕士学位论文 ③ 利用VecTor2 有限元软件对不同参数的剪力墙构件进行模拟并分离剪切变 形得到剪力-剪切变形关系，然后分析各影响因素对剪切材料模型定参点的影响效 果和具体规律，最终对定参点的剪力（剪应力）和剪切角进行数值拟合，得到适用 于PERFORM-3D 非线性软件剪力墙单元中剪切材料模型的定义公式： 1 v  ( f 0.4916nf ) 0.0425  0 n c cm cm f  .0681 f  1.688 ym sh ym sv  0.96 1   ( 0.001066 ) 0.005187 0 n c fcm n   .005711 1.649 sh sv  0.631 ④通过对比本文回归拟合的剪切材料模型和刘洋论文引用的 Sozen 和Moehle 建议模型，证明Sozen