高冗余度钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能研究

近年来，冗余理论引起了各个领域的广泛关注。9o11事件后，美国、日本开始了结构领域（主要是框架结构）的冗余研究。以冗余的观点来分析剪力墙结构，可以发现这种在我国应用广泛的结构形式存在以下不足：主体结构与耗能结构合一，传力途径单一，不具备跨越从概念上已从结构中移除的、特定的竖向承重构件的能力，震后修复困难、费用高。因此，申请人提出了高冗余度钢筋混凝土剪力墙结构。这种结构由两个相对独立的、具有不同耗能机制的剪力墙结构体系嵌套组成，具有双重保险机制及多条传力途径，抗震性能及抗连续倒塌性能强，可在建成后根据建筑功能需要适当改变结构形式，震后维修方便、费用低。本项目将通过试验研究和理论分析获得高冗余度钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能及其在部分竖向受力构移除后的抗震能力，提出其基于性态的抗震设计方法，以期为今后的研究提供实验及理论依据，并对实际工程应用起到指导作用。 2100433B

鉴于汶川地震中钢筋混凝土联肢剪力墙结构中大量的小跨高比钢筋混凝土连梁出现了剪切脆性破坏，本项目通过3根屈曲约束钢腹板桁架式连梁、2根屈曲约束钢支撑桁架式连梁、7个钢桁架连梁与钢筋混凝土剪力墙连接节点、7根新型配筋小跨高比钢筋混凝土连梁以及3根小跨高比钢筋混凝土抗震加固连梁的大比例模型试验和有限元分析方法系统地研究了不同形式新型连梁的抗震性能以及普通配筋连梁的抗震加固方法，取得了如下研究成果：1）基于耗能减震原理提出了可拆卸式屈曲约束钢腹板桁架式连梁和屈曲约束钢支撑桁架式连梁，得到了腹板加劲肋、腹板开缝以及屈曲约束支撑形式等对连梁抗震性能的影响规律，建立了屈曲约束钢腹板桁架式连梁的承载力计算条带模型。2）研究了钢桁架连梁和钢筋混凝土剪力墙间角钢预埋件连接节点的抗震性能，得到了角钢有效埋置深度、端板形式、预埋板厚度以及剪力墙的边缘约束构件对连接节点抗震性能的影响规律，修正了我国《建筑抗震设计规范》（GB5011-2010）关于角钢预埋件连接节点的承载力计算公式。3）基于拉压杆理论模型提出了三种不同配筋形式的小跨高比钢筋混凝土连梁，研究了不同配筋形式下小跨高比钢筋混凝土连梁的抗震性能，得到了纵筋、箍筋、斜向钢筋和预埋交叉钢板等对连梁抗震性能的影响规律，建议了连梁的抗震承载力计算公式和抗震构造措施。4）研究了CFRP布加固小跨高比普通配筋钢筋混凝土连梁的抗震性能，分析了CFRP布不同加固方法的抗震加固效果，得到了CFRP压条和自制CFRP锚筋对CFRP布抗剥离性能的影响规律，建议了连梁的合理抗震加固方法。本项目的上述研究成果有利于解决地震区小跨高比连梁抗震设计与抗震加固难题，能为相关工程设计和规范修订提供试验依据。 2100433B

鉴于汶川地震中钢筋混凝土联肢剪力墙结构的小跨高比连梁剪切破坏较为普遍，本项目基于耗能减震控制技术提出一种新型混合联肢剪力墙结构，该结构采用带有屈曲约束构件的钢桁架连梁代替传统的小跨高比钢筋混凝土连梁，通过钢桁架连梁中屈曲约束构件的滞回耗能来消耗结构振动能量,减小结构地震反应。本项目拟采用模型试验和有限元方法研究该新型联肢剪力墙结构的抗震性能，探讨不同耦连比下结构的耗能机理，建立结构的数值分析模型并进行结构的非线性地震反应分析。本项目预期将得到该结构的主要抗震性能指标,揭示耦连比和结构整体抗震性能之间的相互关系,提出该结构的实用抗震设计与分析方法。本项目的研究成果将有利于解决联肢剪力墙结构小跨高比连梁延性不足的问题，为推广该结构在高烈度地震区的应用具有重要的理论和工程意义，并能为我国相关规范的编制提供科学参考依据。

为发挥现代结构材料的优势，实现多种结构材料的优化组合与新型结构体系创新，本项目开展PVC-FRP管钢筋混凝土柱的抗震性能研究。本项目的研究将为大型桥梁与城市高架桥的桥墩等提供新的结构体系等提供新的结构体系。 本项目以PVC-FRP管钢筋混凝土柱为研究对象，重点考虑FRP条带环箍间距、配筋率、配箍率、轴压比、剪跨比等因素对其抗震性能的影响，提出PVC-FRP管钢筋混凝土柱的相关计算方法。（1）开展竖向荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱力学性能研究，提出PVC-FRP钢筋混凝土柱承载力、变形、荷载-位移关系、弯矩-曲率关系曲线的计算方法，建立偏压荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱的应力-应变关系模型。（2）开展低周反复荷载作用下PVC-FRP管混凝土柱抗弯性能试验研究，深入研究PVC-FRP管钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的受力性能与破坏机理，系统分析试验各因素对试件承载力、变形、滞回耗能以及抗震性能的影响.（3）开展低周反复荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱抗剪性能试验研究，分析各因素对PVC-FRP管钢筋混凝土柱抗剪性能与抗震性能的影响，研究PVC-FRP管钢筋混凝土柱的破坏形态、抗剪机理、承载力、应变、延性和滞回曲线；（4）提出PVC-FRP管钢筋混凝土柱的抗弯承载力、抗剪承载力、延性系数和轴压比限值的计算方法，建立PVC-FRP管钢筋混凝土柱的恢复力模型。 2100433B