[摘要] 第1 章 绪论1 1联肢剪力墙结构在地震作用下的受力机理和破坏形式
第1 章 绪论
1.1联肢剪力墙结构在地震作用下的受力机理和破坏形式
地震是一种严重危害人民群众的生命财产安全、毁坏性极大的突发性自然灾害。强烈的地震可以在顷刻间将地面上的建筑物严重毁坏。据不完全统计，地球上每年大约就会发生 500万次的地震，其中造成严重毁坏的可达到20次之多，造成毁灭性的地震约 2 次。由于我国地势的原因，地震活动的频度相对较高、强度大、震源浅，分布广，是一个易发生震害的国家。自建国以来，我国大约发生了120 次破坏性的地震，总共涉及到了22个省(自治区、直辖市)，其中涉及东部区域的多达 14 个省份，死亡人数共计 28 万余人之多，占了我国各种灾害死亡人数的54%，有35万平方公里的地方受到地震的洗礼，750万间房屋遭到毁灭性的倒塌。我国历史上的多次地震都给所在震区人民的生命和财产造成了严重的损害，唐山大地震和汶川地震的惨痛画面至今让人心生畏惧。
在唐山大地震以后，国家地震局和建设部在1990年联合发布了 400万分之一的《中国地震烈度区划图》，明确提供了 50年超越概率10%的地震基本烈度区划。全国约 79%的面积都划归在 6 度及以上的抗震设防区内，所以一般经过正规设计的建筑都必须考虑抗震设防。
剪力墙结构出现于 20世纪60年代，它具有整体性好，能承受较大的竖向荷载和水平荷载，抗侧刚度和承载能力大，侧移小的特点，被广泛应用于多层和高层钢筋混凝土建筑中。其中联肢墙结构是最典型又被广泛应用的剪力墙类型。联肢墙中墙肢是主要承重构件，连梁起着连接墙肢、保证联肢墙整体性的作用。而且连梁刚度的变化与联肢墙的刚度变化成正比，连梁刚度越大，联肢墙的刚度也会越大，有利于抵御风荷载及水平力作用下的侧移。但在罕遇地震发生时，联肢墙若耗能和塑性变形能力不足，将会引起结构的倒塌。
1.2 本文研究背景及国内外研究现状
1.2.1 国内外连梁的研究现状
1.2.1.1 普通配筋连梁
目前，在工程上应用最多的就是普通配筋的连梁了，因为这种连梁形式构造容易、施工很方便，造价低，在国内外都得到了广泛应用。对于跨高比较大的连梁来说，受力性能也较好，这也是其在国内外得到应用的主要原因之一。
对于小跨高比的普通配筋连梁，在众多国内外学者的研究中新西兰的着名学者 T.Paulay 对它的研究较多，他通过试验研究了跨高比小于1.5的普通配筋连梁的受力性能，研究结果表明：一旦连梁上出现斜裂缝，连梁里的上、下纵筋将全部受拉，随后拉应力一直会延伸到连梁的受压部位，这样就会导致连梁实际的抗弯能力比传统连梁的抗弯能力偏小。这种情况下，继续施加外荷载，在经过几次较大的受力循环后，连梁两端截面配的上下纵筋都会因受拉屈服，钢筋逐渐伸长，梁端的垂直裂缝显着扩展开来。当施加反向荷载时，裂缝无法再闭合。再次反向施加荷载，产生裂缝的截面基本上已经退出了工作，作用在连梁上的剪力只能由销栓力承担，但是销栓能承担的剪力毕竟很少，销栓退出工作，继而截面沿裂缝产生滑动，最终导致“受压区”裂缝两侧的混凝土在摩擦错动中发生剪压破碎。由于斜裂缝出现后过早地开展，导致刚度退化，表现出来的延性较小。对于采用其它跨高比的连梁也或多或少地出现了一些问题。在文献的试验中研究了跨高比为 1.0的普通配筋连梁的受力性能，结果表明：如果按照传统的配筋方式，甚至增加成本去加大箍筋和水平腹筋用量，连梁仍发生明显的剪切破坏。文献中的试验结果表明，跨高比较大的普通钢筋混凝土连梁在低周反复荷载作用下会发生较理想的弯曲破坏，相对延性比较好。所以，在高层建筑结构中想要寻找一种受力合理、便于施工而且延性较好的小跨高比连梁的结构型式。
第 2章 带防屈曲支撑钢连梁试验及理论分析
2.1 试件的设计与制作
2.1.1 试验方案
本试验以带防屈曲支撑的钢连梁的抗震性能为研究目的。为了模拟连梁在墙肢中真实的受力状态，采取试验加载方案图如图2-1 所示。在作动器与钢桁架连梁之间通过加载梁均匀传力，提供剪力，并且荷载加载整个试件的中心位置上，这样可以提供一个弯矩。
2.1.2 试件的尺寸及构造
本文带防屈曲支撑钢连梁试件的设计部分采用钢桁架型式，优化桁架结构的杆件布置，使各杆件受到的内力更加合理，充分发挥杆件材料强度，节约用料，经济合理。取框架-核心筒模型层高为3.9m，层数为 25层，洞口高2.4m，宽3.0 m。根据框筒结构中实际连梁选定倒“V”字形的支撑形式。我国《建筑抗震设计规范》中规定，对于100m的框筒结构在多遇地震下的弹性层间位移角最大限值为 1/800，在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角最大限值为 1/100。本次试验采用的试验模型是 1：2缩尺，对应的层间位移角限值应为规范限值的1/2。根据以上设计要求，利用结构力学求解器里面的位移法对结构进行内力计算，取位移值为3900/(100×2)=19.5 mm，对钢桁架的相关尺寸开始进行设计。设计思路是先使防屈曲支撑屈服，然后荷载达到一定值后弦杆屈服。基于以上的考虑，上下弦杆宜采用刚度相对较大的 H 型钢，起到抗弯和抗剪的作用，而中间防屈曲支撑的芯材采用一字形截面，起到抗拉和抗压作用。
2.2 试验及加载方案
2.2.1 试验量测内容
本部分主要通过带防屈曲支撑钢桁架连梁的拟静力试验，初步了解该型式连梁的最大承载力、延性性能、耗能能力、刚度退化等情况。所以主要采集钢桁架连梁加载时各个阶段所加的荷载及其所对应的应变和位移，这样就可以通过试验结果得出滞回曲线、骨架曲线等，进而对钢桁架连梁进行耗能能力分析、延性分析、刚度退化分析。试验量测的主要内容如下：
(1)在带防屈曲支撑的钢连梁上下弦的两端和中部贴上应变片，来量测钢连梁弦杆腹板和翼缘的应变。
(2)在防屈曲支撑端部和钢管壁上布置相应的应变片，测量其应变。
(3)应在钢桁架连梁试件相应的位置设置位移传感器，测定钢桁架连梁加载时各个阶段所加的荷载及其所对应的位移，进而绘制试件的滞回曲线。
(4)观察并记录裂缝出现以及开展的情况。
(5)观察并记录试件在加载过程的变形特性和破坏现象。
2.2.2 测点布置
为了研究在加载过程中防屈曲支撑、H 型钢在的各个荷载作用下的应变值，应在防屈曲支撑、H型钢上布置应变测点，钢连梁桁架试件上布置了29 个应变测点。具体为防屈曲支撑的应变测点布置在其上部、中部、下部三个位置，每个位置上布置两个应变片，一个平行于防屈曲支撑，一个垂直于防屈曲支撑。每根弦杆的应变测点也布置在其上部、中部、下部三个位置。为了研究在加载过程中防屈曲支撑、H 型钢的位移，需放置位移计，在上、下混凝土端块的中间的位置分别置2个位移计，共4个位移计。应变测点(Strain Measuring Point)用“SMP”表示，位移计测点(Displacement Sensor)如图2-13所示。
第 3章 带防屈曲支撑钢连梁联肢墙结构体系抗震性能分析...............33
3.1 结构模型.........................33
3.1.1 Midas Gen 的介绍........................33
第 4章 带防屈曲支撑钢连梁联肢墙在实际工程中应用前景分析.........................47
4.1 带防屈曲支撑钢连梁联肢墙的施工可行性分析.......................47
4.1.1 带防屈曲支撑钢连梁与混凝土墙的连接做法......................47
第 5章 结论及展望..............55
5.1 结论................55
5.2 展望.................55
第 4 章 带防屈曲支撑钢连梁联肢墙在实际工程中应用前景分析
4.1 带防屈曲支撑钢连梁联肢墙的施工可行性分析
4.1.1 带防屈曲支撑钢连梁与混凝土墙的连接做法
防屈曲支撑在我国已经有了较成熟的研究理论，并且已经有了不少专门加工制作这构件的工厂，其加工技术已经相当成熟。我国的钢结构设计及施工技术也取得显着的成就。
4.1.1.1 钢连梁与混凝土墙连接型式的分类
目前，钢连梁与混凝土墙的连接型式可以分为三类：刚性连接，铰接连接和半刚性连接，分类的标准是节点相对转动约束力的强弱。
(1)刚性连接：节点在外力作用下，节点相对转动的约束力占理想刚接的9/10以上，使梁与墙之间的夹角保持不变的连接型式。采取这样的连接方法，可以使节点具有较大的抗弯能力，弯矩可以在各种连接构件之间进行传递，因而建筑物的受力性能可以整体得到明显的增强。
(2)铰接连接：节点在外力作用下，节点相对转动的约束力很小，梁与墙之间的夹角发生变化，使变化量占理想铰接数量的8/10 以上的连接型式。但是缺点为：弯矩不能进行传递，因而建筑物的受力性能整体较差。
(3)半刚性连接：顾名思义是指节点在外力作用下，节点相对转动的约束力的强弱在前两种之间的连接型式。当然，这就决定了该种连接方式的抗弯能力居于前两种连接型式之间，能够把部分弯矩在相邻的构件之间进行传递，半刚性连接方式在弯矩作用下，梁与墙之间夹角的变化量低于 8/10，不能像第二种连接型式那样自由地转动。因为半刚性连接的特殊性，所以它的结构计算一直是多年来所有学者努力研究的方向。
第 5 章 结论及展望
5.1 结论
本文对带防屈曲支撑钢连梁的试件进行了拟静力试验研究，又用 Midas FEA对其进行了理论分析，给出试件的 P-?滞回曲线，分析了它的破坏形态和抗震性能；既而又用Midas Gen 软件，对带防屈曲支撑钢连梁的 25层框架—核心筒结构建立模型，采用弹塑性动力时程分析方法分析其在罕遇地震下的抗震性能，并与普通钢筋混凝土连梁结构和普通钢桁架连梁结构做对比；最后对其进行施工可行性和经济性分析，得出如下结论：
(1)通过对测点应变片的跟踪测量可知：在加载过程中，上下弦杆承担抗弯与抗剪作用，而中间的防屈曲支撑起到抗拉或抗压作用。试验中防屈曲支撑先屈服，等荷载达到一定值后，弦杆也屈服，在连梁两端形成塑性铰，消耗大量的能量。
(2)带防屈曲支撑钢连梁在拟静力试验中体现出了很高的承载力；滞回曲线较饱满；连梁的等效粘滞系数超过0.3，表明其具有很好的耗能能力。而且连梁在达到极限承载力后，后期的承载力下降段较长而且平缓，刚度退化较缓慢，体现了带防屈曲支撑钢连梁延性好的特点。
(3)试件的连梁端部混凝土都未出现明显的裂缝，说明试件采用的弦杆直接埋入混凝土墙肢的连接方式和长度可行。
(4)通过对带防屈曲支撑钢连梁结构和普通钢筋混凝土连梁和普通钢桁架连梁结构进行模型分析，得出带防屈曲支撑的钢连梁的结构有较大的优越性，主要表现在带防屈曲支撑钢连梁的结构在基底剪力、各层位移、速度、加速度以及层间位移角方面均有明显的降低，并表现了良好的耗能能力。
(5)带防屈曲支撑的钢连梁虽然会增加用钢量，但是会减小柱子、剪力墙等的尺寸，工程造价会降低。如果只在层间位移角大的楼层布置，其它楼层仍采用钢筋混凝土连梁，这样更能很好地体现经济性。
综上所述，对于剪力墙结构来说，设置带防屈曲支撑的钢连梁不仅可以消耗地震能量、保证主体结构的安全，同时还可以节省工程造价及后期维修费用。
参考文献（略）
