大型火电厂主厂房纵向带边框柱剪力墙抗震性能研究
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摘要
本文以某大型火电厂主厂房纵向框架一剪力墙结构为原型，通过模型试验和有限元分析，研究了纵向带边框柱中高剪力墙结构的抗震性能问题，主要内容有：
选用1／15缩尺比把某大型火电厂主厂房纵向带边框柱剪力墙原型结构模拟为一个模型结构，并进行了伪静力试验，研究了这类纵向带边框柱中高剪力墙结构的开裂与破坏过程、骨架曲线、刚度退化、延性性能等问题，试验滞回曲线饱满，消能能力强，说明此类中高剪力墙的抗震性能较好。试验承载力验证了《高层规程》提供的公式安全储备较小，宜进行加强。而后提出了用变系数的方法，计算结构在不同受力阶段位移的简化实用公式。
首先选用分层组合式有限元方法利用数值方法分析剪力墙结构的承载力、位移、延性性能、破坏形态、塑性铰等问题。所得结果同试验吻合较好。其次采用ANSYS中的结构计算模块，用SOLID65单元分析了剪力墙模型结构，得到了承载力、变形、裂缝的发生发展以及结构的应变和破坏形态等结果。再次采用宏观有限元方法分析了模型结构的承载力、位移、破坏形式等问题。对比试验与计算结果，表明三种有限元方法分析中高剪力墙精度均较好，可以在中高剪力墙结构分析中应用。
研究结果表明，纵向带边框柱中高剪力墙结构的抗震性能较好，能够在大型火电厂中应用。此外，文中还提出了一些这类结构抗震设计与构造建议。
The seismic behavior of longitudinal middling-high R.C shear wall with frame column is discussed through model experimentations and finite element methods in this paper, after taking frame-shear wall structure of a main factory building of the large capacity power plant as experimentative prototype. The major work as follow:
In order to appliance pseudo static test, the longitudinal middling-high R.C shear wall with frame column in the large capacity power plant's main factory building has been simulated to a model structure with 1/15 reduced-scale. The contents of study are process of cracking, course of damage, skeleton curve, rigidity degradation, ductility characteristic etc. That the seismic behavior of this kind of middling-high R.C shear wall is excellent has been proved by chubby hysteretic curve and fine capacity of energy dissipation. The experimentative load-carrying capacity attest that safety store is small, so it should strengthen structure capacity. Finally, the simple and applicable formula is presented in order to calculate the shear wall's displacement in
difference phases.
Firstly, the shear wall's load-carrying capacity, displacement, properties of ductility, shape of damage, distribution of plastic hinge are analyzed through delaminating combination finite element method with numerical value method. The result is accord with the experimentative result. Secondly, model structure's load-carrying capacity, deformation, crack's generation and development, structural strain and shape of damage are analyzed with SOLID65 element in software's structural calculation module. Finally it discussed the model structure's load-carrying capacity, deformation, shape of damage etc. through macro finite element analysis method. The three finite element analysis methods can precisively analyze middling-high R.C shear wall structure and apply in this kind of structural analysis.
The study result indicate that the seismic behavior longitudinal middling-high R.C shear wall with frame column is good, so it can be apply in main factory building of the large capacity power plant. Moreover some advices for this kind middling-high shear wall's design and constitution are presented.
选用1／15缩尺比把某大型火电厂主厂房纵向带边框柱剪力墙原型结构模拟为一个模型结构，并进行了伪静力试验，研究了这类纵向带边框柱中高剪力墙结构的开裂与破坏过程、骨架曲线、刚度退化、延性性能等问题，试验滞回曲线饱满，消能能力强，说明此类中高剪力墙的抗震性能较好。试验承载力验证了《高层规程》提供的公式安全储备较小，宜进行加强。而后提出了用变系数的方法，计算结构在不同受力阶段位移的简化实用公式。
首先选用分层组合式有限元方法利用数值方法分析剪力墙结构的承载力、位移、延性性能、破坏形态、塑性铰等问题。所得结果同试验吻合较好。其次采用ANSYS中的结构计算模块，用SOLID65单元分析了剪力墙模型结构，得到了承载力、变形、裂缝的发生发展以及结构的应变和破坏形态等结果。再次采用宏观有限元方法分析了模型结构的承载力、位移、破坏形式等问题。对比试验与计算结果，表明三种有限元方法分析中高剪力墙精度均较好，可以在中高剪力墙结构分析中应用。
研究结果表明，纵向带边框柱中高剪力墙结构的抗震性能较好，能够在大型火电厂中应用。此外，文中还提出了一些这类结构抗震设计与构造建议。
The seismic behavior of longitudinal middling-high R.C shear wall with frame column is discussed through model experimentations and finite element methods in this paper, after taking frame-shear wall structure of a main factory building of the large capacity power plant as experimentative prototype. The major work as follow:
In order to appliance pseudo static test, the longitudinal middling-high R.C shear wall with frame column in the large capacity power plant's main factory building has been simulated to a model structure with 1/15 reduced-scale. The contents of study are process of cracking, course of damage, skeleton curve, rigidity degradation, ductility characteristic etc. That the seismic behavior of this kind of middling-high R.C shear wall is excellent has been proved by chubby hysteretic curve and fine capacity of energy dissipation. The experimentative load-carrying capacity attest that safety store is small, so it should strengthen structure capacity. Finally, the simple and applicable formula is presented in order to calculate the shear wall's displacement in
difference phases.
Firstly, the shear wall's load-carrying capacity, displacement, properties of ductility, shape of damage, distribution of plastic hinge are analyzed through delaminating combination finite element method with numerical value method. The result is accord with the experimentative result. Secondly, model structure's load-carrying capacity, deformation, crack's generation and development, structural strain and shape of damage are analyzed with SOLID65 element in software's structural calculation module. Finally it discussed the model structure's load-carrying capacity, deformation, shape of damage etc. through macro finite element analysis method. The three finite element analysis methods can precisively analyze middling-high R.C shear wall structure and apply in this kind of structural analysis.
The study result indicate that the seismic behavior longitudinal middling-high R.C shear wall with frame column is good, so it can be apply in main factory building of the large capacity power plant. Moreover some advices for this kind middling-high shear wall's design and constitution are presented.
引文
[1] 王社良等：大型火电厂主厂房纵向剪力墙结构抗震性能研究(研究报告)；西北电力设计院，西安建筑科技大学，2002．9
[2] 黄南翼，张锡云，姜萝香；日本阪神大地震建筑震害分析与加固技术；地震出版社，2001
[3] 蔡荣根，蔡万来；集集大地震建筑震害类型实例探讨；第五届中日建筑结构技术交流会论文集，2001
[4] 姚谦峰，陈平；土木工程结构试验，中国建筑工业出版社，2001
[5] 邱法维，钱稼茹，陈志鹏；结构抗震试验方法；科学出版社，2000
[6] 朱伯龙；结构抗震试验；地震出版社，1989
[7] G.M.Sabnis ect; Structural Modeling and Experimental Techniques, 1983
[8] 胡聿贤；地震工程学；地震出版社，1988
[9] 王社良；形状记忆合金在结构控制中的应用；陕西科学技术出版社，2000
[10] 黄庆华；大型火电厂主厂房纵向框架—消能支撑结构抗震性能研究，西安建筑科技大学硕士学位论文，2003
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[19] 王社良；钢筋混凝土斜向受力压弯构件的抗震性能；西安建筑科技大学学报，1995．9，Vol27，No．3
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[45] 汪梦甫，周锡元；钢筋混凝土剪力墙多垂直杆非线性单元模型的改进及其应用；建筑结构学报，2002．2，Vol．23，No．1
[46] 吴晓涵，吕西林；反复荷载下混凝土剪力墙非线性有限元分析；同济大学学报，1996．4，Vol．24，No．2
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