砼密柱石膏复合墙板结构抗震性能研究
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摘要
砼密柱石膏复合墙板结构性能优越、施工方便、经济环保。目前已开始应用于多层建筑,为了将该体系推广应用于高层建筑,需要在分析理论和设计方法上进行更深层次的研究。
根据刚度等效方法,将砼密柱石膏复合墙板简化为均质混凝土板,采用有限元软件ABAQUS建立板块分析模型,分别进行单调荷载下极限承载力分析和往复荷载下滞回性能分析。通过比较复合墙板和等效混凝土墙板的受力性能,发现弹性阶段两者刚度基本相同,塑性阶段复合墙板具有更高的承载能力和更好的耗能性能。表明结构分析中采用等效混凝土墙板代替复合墙板是安全可靠的。
采用有限元软件MIDAS和ABAQUS分别建立了两种方案的砼密柱石膏复合墙板结构体系高层住宅(18层)结构分析模型,进行了振型分解反应谱分析和弹性时程分析。方案1采用复合墙板结合混凝土短肢剪力墙作为承重墙体,方案2完全采用复合墙板作为承重墙体。计算结果表明,两种方案均满足设计要求,方案1中短肢剪力墙对复合墙板结构体系起到了加强作用,结构整体刚度更大,抗震性能更好。
The plasterboard structure reinforced with in-filled RC columns has the advantages of good structural performance, fast construction, low cost and no pollution. It has been applied to some multi-storey buildings. In order to develop the plasterboard structure reinforced with in-filled RC columns for high-rise buildings, it is necessary to do further studies on the analysis theory and design methods for the new structural system.
Based on equivalent stiffness method, the plasterboard reinforced with in-filled RC columns can be simplified as even concrete wall. Analysis models were set up by ABAQUS and the ultimate load-carrying capacity and hysteretic behavior of different wall panels were investigated. Compared with equivalent wall panels, the plasterboard reinforced with in-filled RC columns has similar stiffness in elastic stage, but higher load-carrying capacity and better energy dissipation capacity in the plastic stage. The results indicate that it is reliable to use the equivalent wall panel in the following structure analysis.
Two high-rise residential buildings (18 stories) used the new structure system were taken as case studies. Modal response spectrum analysis and elastic time-history analysis were carried out by MIDAS/GEN and ABAQUS. Building 1 has short-leg concrete shear walls as structural walls in addition to plasterboard reinforced with in-filled RC columns. In building 2, only plasterboard reinforced with in-filled RC columns are designed to be bearing walls. It was shown that both buildings satisfied related design specifications and building 1 had large stiffness and better seismic performance due to the existence of short-leg concrete shear walls.
根据刚度等效方法,将砼密柱石膏复合墙板简化为均质混凝土板,采用有限元软件ABAQUS建立板块分析模型,分别进行单调荷载下极限承载力分析和往复荷载下滞回性能分析。通过比较复合墙板和等效混凝土墙板的受力性能,发现弹性阶段两者刚度基本相同,塑性阶段复合墙板具有更高的承载能力和更好的耗能性能。表明结构分析中采用等效混凝土墙板代替复合墙板是安全可靠的。
采用有限元软件MIDAS和ABAQUS分别建立了两种方案的砼密柱石膏复合墙板结构体系高层住宅(18层)结构分析模型,进行了振型分解反应谱分析和弹性时程分析。方案1采用复合墙板结合混凝土短肢剪力墙作为承重墙体,方案2完全采用复合墙板作为承重墙体。计算结果表明,两种方案均满足设计要求,方案1中短肢剪力墙对复合墙板结构体系起到了加强作用,结构整体刚度更大,抗震性能更好。
The plasterboard structure reinforced with in-filled RC columns has the advantages of good structural performance, fast construction, low cost and no pollution. It has been applied to some multi-storey buildings. In order to develop the plasterboard structure reinforced with in-filled RC columns for high-rise buildings, it is necessary to do further studies on the analysis theory and design methods for the new structural system.
Based on equivalent stiffness method, the plasterboard reinforced with in-filled RC columns can be simplified as even concrete wall. Analysis models were set up by ABAQUS and the ultimate load-carrying capacity and hysteretic behavior of different wall panels were investigated. Compared with equivalent wall panels, the plasterboard reinforced with in-filled RC columns has similar stiffness in elastic stage, but higher load-carrying capacity and better energy dissipation capacity in the plastic stage. The results indicate that it is reliable to use the equivalent wall panel in the following structure analysis.
Two high-rise residential buildings (18 stories) used the new structure system were taken as case studies. Modal response spectrum analysis and elastic time-history analysis were carried out by MIDAS/GEN and ABAQUS. Building 1 has short-leg concrete shear walls as structural walls in addition to plasterboard reinforced with in-filled RC columns. In building 2, only plasterboard reinforced with in-filled RC columns are designed to be bearing walls. It was shown that both buildings satisfied related design specifications and building 1 had large stiffness and better seismic performance due to the existence of short-leg concrete shear walls.
引文
[1]绿色建筑评价标准(GB50378-2006)[S].北京:中国建筑工业出版社,2006
[2]居吉荣.绿色建筑—可持续发展的重中之重[J].建筑,2005,(6):12~15
[3]洪春育.浅谈环保型建筑材料[J].山西建筑,2011,37(7):202
[4]吴曼霞.浅谈新型建筑材料在我国的发展[J].山东省农业管理干部学院学报,2010,27(6):165~166
[5]李明顺,尚春明.小康住宅建筑结构体系成套技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2001
[6]姚谦峰,张萌.新型建筑结构住宅体系发展与应用[J].工业建筑,2002,32(8):53~56
[7]丁世文,夏敬谦.多孔砖、粉煤灰砌块、火山渣砌块配筋墙体抗震性能研究[J].地震工程与工程振动,2000,20(2):76~84
[8]李宏男,张景玮.多孔砖保温加薪墙体抗震性能试验与分析[J].建筑结构学报,2001,22(6):73~80
[9]杨建江,高永孚,赵彤.带构造柱加圈梁小型混凝土砌块砌体抗剪强度分析[J].建筑结构学报,1998,19(3):33~38
[10]成全喜,杨德健,孙锦镖.带芯柱混凝土小型空心砌块墙体抗剪承载力试验研究[J].天津城市建设学院学报,2000,6(1):46~49
[11]杨德健,高永孚.构造柱—芯柱体系混凝土砌块墙体抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2000,21(4):22~27
[12]王文达,朱彦鹏.异形柱框轻结构体系在多高层住宅中的设计和应用[J].工业建筑,2003,33(2):56~58
[13]郑建岚,罗素蓉.异形柱空间框架结构的受力性能研究[J].工业建筑,2000,30(1):13~15
[14]容柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙体结构体系[J].建筑结构学报,1997, 18(6):14~19
[15]曹万林,张建伟,常卫华.带支撑双肢短肢剪力墙抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2006,21(1):64~70
[16]曹万林,董宏英,胡国振.钢筋混凝土带暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2004,25(3):22~28
[17]王忠礼,于庆荣,张同亿.介绍一种新型抗震节能住宅结构体系—CL结构体系[J].基建优化,2001,22(1):8~10
[18]张同亿,吴敏哲,于庆荣.复合墙异形柱组合结构抗震性能试验研究[J].西安建筑科技大学学报,2000,32(2):127~131
[19]彭晓彤,林晨,满杰.轻钢结构住宅体系发展现状[J].四川建筑科学研究,2005,31(6):18~21
[20]张连一,张耀春.轻钢结构组装式展览馆结构设计[J].哈尔滨建筑工程学院学报,1994,27(3):133~135
[21]姚谦峰,黄炜,田洁,丁永刚.密肋复合墙体受力机理及抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2004,25(6):67-74
[22]王爱民.中高层密肋壁板结构密肋复合墙体受力性能及设计方法研究[D].西安建筑科技大学,2006
[23]贾英杰.中高层密肋壁板结构计算理论及设计方法研究[D].西安建筑科技大学,2004
[24]陈福广.新型墙体材料手册[M].北京:中国建材工业出版社,2000
[25]向才旺.建筑石膏及其制品[M].北京:中国建材工业出版社,1998
[26]方承仕.石膏资源综合利用的新途径—澳大利亚速成墙和速成建筑系统[J].建材工业信息,2002,5:34-35
[27]湛轩业,崔霞.新型轻质石膏空心大板速成墙及速成建筑体系[J].新型建筑材料,2002,(6):28-29
[28]赵永生,赵学强.环保节能型绿色建材—速成墙板[J].建材产品与应用,2002,(5):29~31
[29]金光标.澳大利亚新墙材发展特点和做法[J].建材工业信息,2005,6:44~45
[30]适用于中高层住宅的新型混凝土石膏墙板复合结构体系[J].天津建设科技,2005,(1):27~28
[31]姜忻良,刘康.混凝土密排内框架—纤维石膏板低周往复试验研究[J].建筑结构学报,2004,25(4):50~54
[32] Hannant D J.Fibre cements and fibre concretes[M].A Wiley-Interscience Publication,John Wiley & Sons,1978
[33]姜忻良,聂其林.玻璃纤维增强石膏板墙体的L形节点实验研究[J].工业建筑,2005,35(7):67~70
[34]姜忻良,张月楼.混凝土灌芯纤维增强石膏板T形节点构件抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2004,24(5):149~153
[35]姜忻良,邓永胜.纤维石膏板中不同间距灌注混凝土芯柱抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2004,24(4):110~114
[36]姜忻良,谷岩.灌芯混凝土石膏墙板结构抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2006,26(3):165~167
[37]姜忻良,高海.复合墙板计算模型与试点工程动力特性分析[J].地震工程与工程振动,2006,26(1):100~104
[38] Authoine A.Derivation of the in-plane elastic in characteristics of masonrythrough homogenization theory[J].International Journal of Solids and Structures, 1995,(32):137~163
[39] Guowei Ma , Hong Hao . Homogenization of masonry using numerical simulations[J].ASCE Journal Engineering Mechancis,2001,127(5):421~431
[40]岳建伟,姜忻良.混凝土灌芯纤维石膏板的宏观计算模型[J].四川大学学报,2007,39(6):55~60
[41] Chahrour A H,Soudki K A.RBS polymer encased concrete wall part I experimental study and theoretical provisions for flexure and shear[J].Construction and Building Materials,2005,19(7):550~563
[42] Fajfar P,Fischinger M.Mathematical modeling of reinforced concrete structural walls for nonlinear seismic analysis[J].Structural Dynamic,1990,21(1):471~478
[43]姜忻良,张玉芝.复合墙板抗震性能的数值模拟研究[J].工程抗震与加固改造,2007,29(4):63~67
[44] Takayanagi T.Nonlinear Analysis of Coupled Wall System[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics,1979,1(7):1~22
[45]姜忻良,姜振海.灌芯混凝土石膏墙板的简化计算模型[J].华中科技大学学报,2008,25(2):1~4
[46] Shih C F,Lee D.Further Developments in Anisotropic Plasticity[J].Journal of Engineering Materials and Technology,1978,100(3):294~302
[47]姜南,张宇.混凝土石膏复合墙板实用性计算方法[J].天津大学学报,2008,41(4):471~475
[48] Wu Yufei,Dare M P.Axial and shear behavior of glass fiber reinforced gypsum wall panels:Tests[J].Journal of Composites for Construction,2004,(8):569~578
[49]马清珍,姜忻良.灌芯纤维增强石膏板结构的弹塑性分析[J].华中科技大学学报,2010,38(7):57~61
[50]李燕飞,马庆利.混凝土—石膏速成墙边结构住宅体系[J].河北建筑工程学院学报,2004,22(3):32~34
[51]孙轶良.RBS墙体建筑体系层间变形分析[J].结构工程师,2005,21(6):17~21
[52]姜忻良,张宇.混凝土石膏复合墙板试点工程动力特性测试与分析[J].建筑结构,2007,37(11):111~113
[53]姜忻良,贾勇.高层复合墙板结构体系地震反应分析[J].天津大学学报,2009,42(7):642~648
[54]王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社,1997
[55]庄茁,由小川.基于ABAQUS的有限元分析和应用[M].北京:清华大学出版社,2009
[56]庄茁,张帆.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京:科学出版社,2005
[57]张耀春.钢结构设计原理[M].高等教育出版社,2004
[58]刘康.混凝土灌芯纤维增强石膏板抗震性能的试验研究及有限元分析[D].天津大学,2003
[59]谷岩.纤维石膏板—钢筋混凝土组合构件受力性能试验研究与有限元分析[D].天津大学,2007
[60]岳建伟.灌芯纤维石膏墙板结构的计算模型及受力性能分析[D].天津大学,2006
[61]江见鲸.钢筋混凝土结构非线性有限元分析[M].西安:陕西科学技术出版社,1994
[62]何政,欧进萍.钢筋混凝土结构非线性分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006
[63] ABAQUS version6.9 Documentation.USA: ABAQUS,Inc
[64]王金昌,陈页开.ABAQUS在土木工程中的应用[M].杭州:浙江大学出版社,2006
[65]孙轶事.RBS墙体建筑体系及其层间变形分析[D].天津大学,2005
[66]马清珍,姜忻良.混凝土灌芯玻璃纤维增强石膏墙板的简化计算[J].天津大学学报,2010,43(12):1053~1059
[67] Kim Tae-Wan,Foutch D A.A practical model for seismic analysis of reinforced concrete shear wall buildings[J].Journal of Earthquake Engineering,2005,9(3):393~417
[68]张宇.填充混凝土石膏墙板结构试点工程动力测试与有限元分析[D] .天津大学,2005
[69]孙树立,陈璞.剪力墙的面外刚度对建筑结构计算结果的影响[J] .计算力学学报,1999,16(4):421~427
[70]混凝土结构设计规范(GB50010-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002
[71]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002
[72]建筑抗震设计规范(GB50011-2001)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001
[2]居吉荣.绿色建筑—可持续发展的重中之重[J].建筑,2005,(6):12~15
[3]洪春育.浅谈环保型建筑材料[J].山西建筑,2011,37(7):202
[4]吴曼霞.浅谈新型建筑材料在我国的发展[J].山东省农业管理干部学院学报,2010,27(6):165~166
[5]李明顺,尚春明.小康住宅建筑结构体系成套技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2001
[6]姚谦峰,张萌.新型建筑结构住宅体系发展与应用[J].工业建筑,2002,32(8):53~56
[7]丁世文,夏敬谦.多孔砖、粉煤灰砌块、火山渣砌块配筋墙体抗震性能研究[J].地震工程与工程振动,2000,20(2):76~84
[8]李宏男,张景玮.多孔砖保温加薪墙体抗震性能试验与分析[J].建筑结构学报,2001,22(6):73~80
[9]杨建江,高永孚,赵彤.带构造柱加圈梁小型混凝土砌块砌体抗剪强度分析[J].建筑结构学报,1998,19(3):33~38
[10]成全喜,杨德健,孙锦镖.带芯柱混凝土小型空心砌块墙体抗剪承载力试验研究[J].天津城市建设学院学报,2000,6(1):46~49
[11]杨德健,高永孚.构造柱—芯柱体系混凝土砌块墙体抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2000,21(4):22~27
[12]王文达,朱彦鹏.异形柱框轻结构体系在多高层住宅中的设计和应用[J].工业建筑,2003,33(2):56~58
[13]郑建岚,罗素蓉.异形柱空间框架结构的受力性能研究[J].工业建筑,2000,30(1):13~15
[14]容柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙体结构体系[J].建筑结构学报,1997, 18(6):14~19
[15]曹万林,张建伟,常卫华.带支撑双肢短肢剪力墙抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2006,21(1):64~70
[16]曹万林,董宏英,胡国振.钢筋混凝土带暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2004,25(3):22~28
[17]王忠礼,于庆荣,张同亿.介绍一种新型抗震节能住宅结构体系—CL结构体系[J].基建优化,2001,22(1):8~10
[18]张同亿,吴敏哲,于庆荣.复合墙异形柱组合结构抗震性能试验研究[J].西安建筑科技大学学报,2000,32(2):127~131
[19]彭晓彤,林晨,满杰.轻钢结构住宅体系发展现状[J].四川建筑科学研究,2005,31(6):18~21
[20]张连一,张耀春.轻钢结构组装式展览馆结构设计[J].哈尔滨建筑工程学院学报,1994,27(3):133~135
[21]姚谦峰,黄炜,田洁,丁永刚.密肋复合墙体受力机理及抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2004,25(6):67-74
[22]王爱民.中高层密肋壁板结构密肋复合墙体受力性能及设计方法研究[D].西安建筑科技大学,2006
[23]贾英杰.中高层密肋壁板结构计算理论及设计方法研究[D].西安建筑科技大学,2004
[24]陈福广.新型墙体材料手册[M].北京:中国建材工业出版社,2000
[25]向才旺.建筑石膏及其制品[M].北京:中国建材工业出版社,1998
[26]方承仕.石膏资源综合利用的新途径—澳大利亚速成墙和速成建筑系统[J].建材工业信息,2002,5:34-35
[27]湛轩业,崔霞.新型轻质石膏空心大板速成墙及速成建筑体系[J].新型建筑材料,2002,(6):28-29
[28]赵永生,赵学强.环保节能型绿色建材—速成墙板[J].建材产品与应用,2002,(5):29~31
[29]金光标.澳大利亚新墙材发展特点和做法[J].建材工业信息,2005,6:44~45
[30]适用于中高层住宅的新型混凝土石膏墙板复合结构体系[J].天津建设科技,2005,(1):27~28
[31]姜忻良,刘康.混凝土密排内框架—纤维石膏板低周往复试验研究[J].建筑结构学报,2004,25(4):50~54
[32] Hannant D J.Fibre cements and fibre concretes[M].A Wiley-Interscience Publication,John Wiley & Sons,1978
[33]姜忻良,聂其林.玻璃纤维增强石膏板墙体的L形节点实验研究[J].工业建筑,2005,35(7):67~70
[34]姜忻良,张月楼.混凝土灌芯纤维增强石膏板T形节点构件抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2004,24(5):149~153
[35]姜忻良,邓永胜.纤维石膏板中不同间距灌注混凝土芯柱抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2004,24(4):110~114
[36]姜忻良,谷岩.灌芯混凝土石膏墙板结构抗震性能试验研究[J].地震工程与工程振动,2006,26(3):165~167
[37]姜忻良,高海.复合墙板计算模型与试点工程动力特性分析[J].地震工程与工程振动,2006,26(1):100~104
[38] Authoine A.Derivation of the in-plane elastic in characteristics of masonrythrough homogenization theory[J].International Journal of Solids and Structures, 1995,(32):137~163
[39] Guowei Ma , Hong Hao . Homogenization of masonry using numerical simulations[J].ASCE Journal Engineering Mechancis,2001,127(5):421~431
[40]岳建伟,姜忻良.混凝土灌芯纤维石膏板的宏观计算模型[J].四川大学学报,2007,39(6):55~60
[41] Chahrour A H,Soudki K A.RBS polymer encased concrete wall part I experimental study and theoretical provisions for flexure and shear[J].Construction and Building Materials,2005,19(7):550~563
[42] Fajfar P,Fischinger M.Mathematical modeling of reinforced concrete structural walls for nonlinear seismic analysis[J].Structural Dynamic,1990,21(1):471~478
[43]姜忻良,张玉芝.复合墙板抗震性能的数值模拟研究[J].工程抗震与加固改造,2007,29(4):63~67
[44] Takayanagi T.Nonlinear Analysis of Coupled Wall System[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics,1979,1(7):1~22
[45]姜忻良,姜振海.灌芯混凝土石膏墙板的简化计算模型[J].华中科技大学学报,2008,25(2):1~4
[46] Shih C F,Lee D.Further Developments in Anisotropic Plasticity[J].Journal of Engineering Materials and Technology,1978,100(3):294~302
[47]姜南,张宇.混凝土石膏复合墙板实用性计算方法[J].天津大学学报,2008,41(4):471~475
[48] Wu Yufei,Dare M P.Axial and shear behavior of glass fiber reinforced gypsum wall panels:Tests[J].Journal of Composites for Construction,2004,(8):569~578
[49]马清珍,姜忻良.灌芯纤维增强石膏板结构的弹塑性分析[J].华中科技大学学报,2010,38(7):57~61
[50]李燕飞,马庆利.混凝土—石膏速成墙边结构住宅体系[J].河北建筑工程学院学报,2004,22(3):32~34
[51]孙轶良.RBS墙体建筑体系层间变形分析[J].结构工程师,2005,21(6):17~21
[52]姜忻良,张宇.混凝土石膏复合墙板试点工程动力特性测试与分析[J].建筑结构,2007,37(11):111~113
[53]姜忻良,贾勇.高层复合墙板结构体系地震反应分析[J].天津大学学报,2009,42(7):642~648
[54]王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社,1997
[55]庄茁,由小川.基于ABAQUS的有限元分析和应用[M].北京:清华大学出版社,2009
[56]庄茁,张帆.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京:科学出版社,2005
[57]张耀春.钢结构设计原理[M].高等教育出版社,2004
[58]刘康.混凝土灌芯纤维增强石膏板抗震性能的试验研究及有限元分析[D].天津大学,2003
[59]谷岩.纤维石膏板—钢筋混凝土组合构件受力性能试验研究与有限元分析[D].天津大学,2007
[60]岳建伟.灌芯纤维石膏墙板结构的计算模型及受力性能分析[D].天津大学,2006
[61]江见鲸.钢筋混凝土结构非线性有限元分析[M].西安:陕西科学技术出版社,1994
[62]何政,欧进萍.钢筋混凝土结构非线性分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006
[63] ABAQUS version6.9 Documentation.USA: ABAQUS,Inc
[64]王金昌,陈页开.ABAQUS在土木工程中的应用[M].杭州:浙江大学出版社,2006
[65]孙轶事.RBS墙体建筑体系及其层间变形分析[D].天津大学,2005
[66]马清珍,姜忻良.混凝土灌芯玻璃纤维增强石膏墙板的简化计算[J].天津大学学报,2010,43(12):1053~1059
[67] Kim Tae-Wan,Foutch D A.A practical model for seismic analysis of reinforced concrete shear wall buildings[J].Journal of Earthquake Engineering,2005,9(3):393~417
[68]张宇.填充混凝土石膏墙板结构试点工程动力测试与有限元分析[D] .天津大学,2005
[69]孙树立,陈璞.剪力墙的面外刚度对建筑结构计算结果的影响[J] .计算力学学报,1999,16(4):421~427
[70]混凝土结构设计规范(GB50010-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002
[71]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002
[72]建筑抗震设计规范(GB50011-2001)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001