拓展型生态密肋复合墙体的破坏规律与设计方法研究

Base on the former research results achieved with Xi'an University of Architecture & Technology, i.e. the fabricated multi-ribbed composite wall structure system, the project defines the multichannel seismic line of structure and improves the structure construction, and put forward the expanded ecological multi-ribbed composite wall structure. The new filling materials and miniature damping device is studied; a constitutive computer program model of user subroutine library based on twin shear unified strength theory is developed; the coordinated working performance , practical calculation theory and multi-objective optimize are analyzed; and finally, the bearing capacity formula ,the key technology of insulation and the construction integration are put forward, which will be the theoretical basis for similar composite structure design. Using the experimental study，theoretical analysis and numerical computation as the main investigative means, the project makes innovation for theory and technology of the traditional ecological composite-wall structure，which expands the range of the traditional structure system and provides effective theoretical basis to enhance the ability of reducing earthquake disasters for the new structures in our country.

项目基于课题组前期与西安建筑科技大学共同研究成果，在原有“装配式密肋复合墙结构体系”的基础上，明确了结构的多道抗震防线形式并对其进行改进与拓展，提出拓展型生态密肋复合墙耗能减震结构新体系。分别进行新型墙体填充材料与小型阻尼装置研发、基于统一强度理论的材料双剪损伤本构模型用户子程序库研发、拓展型复合墙体协同工作性能与实用计算理论及多目标优化设计方法研究，并在此基础上提出拓展型复合外墙板承力、保温及施工一体化关键技术等方面的研究工作，为类似的复合结构设计计算提供理论依据。项目以新材料、新结构与新技术的结合为研究特色，以试验研究、理论分析与数值模拟的紧密结合为研究手段，旨在通过理论与技术创新，改进与拓展原有结构体系，为增强我国新型结构体系的防震减灾能力提供有效的理论依据。

随着新型建筑材料与结构多样化的发展、住宅建筑安全可靠度的提高以及结构抗震计算理论的进一步提升，基于传统生态复合墙结构体系基础，提出拓展型生态复合墙结构体系。该体系可以依据实际工程需要灵活的对生态复合墙体内嵌砌块、肋梁、肋柱及外框构件材料及形式进行优化调整，具有生态环保、抗震减震、施工工业化，施工周期短等诸多优点，解决了墙板集承重、围护、节能为一体的技术难题。本课题通过试验研究、理论分析和数值模拟，对拓展型生态复合墙体的抗震性能和受剪承载力进行研究，提出墙体统一的斜截面极限承载力计算公式，为该新型结构体系运用到更广泛的领域提供理论依据。本课题主要内容与成果包括：.（1）结合五榀1/2比例模型拓展型生态复合墙体水平低周反复试验研究，对比不同类型生态复合墙体的承载力、滞回特性、延性、刚度退化等抗震性能。结果表明：墙体作为一个整体承受水平荷载，砌块、肋格、边框柱相互约束、相互支撑，协同工作、充分发挥各自性能，墙体破坏基本按照“砌块—肋格—边框柱”模式发生破坏，充分发挥各构件的耗能能力；墙体从屈服到破坏，骨架曲线变化平缓，无突变现象，墙体均经历了弹性、弹塑性、破坏三个阶段，墙体破坏模式均表现为剪切型破坏，属于合理破坏机制。.（2）在试验研究基础上，采用ABAQUS建立了五榀拓展型生态复合墙体的非线性有限元数值模型，并对其进行静力弹塑性分析，计算结果与试验结果得出荷载-位移曲线基本吻合，验证了有限元数值模拟的有效性。在此基础上，进一步结合有限元数值模型对影响拓展型生态复合墙体受剪承载力性能的关键参数（轴压比、高宽比）进行了数值扩展分析，为后续分析墙体斜截面极限承载力影响因素提供理论依据。.（3）通过试验及有限元分析拓展型生态复合墙体受力特点及破坏机理，对影响墙体斜截面极限承载力主要因素进行系统性分析；基于剪摩理论给出墙体受剪承载力计算简化模型，结合力的平衡条件，推导出拓展型生态复合墙体的斜截面极限承载力计算公式。试验结果与公式计算结果对比分析表明：该分析模型能够较好的反映拓展型生态复合墙体的极限受剪承载力特性，可用于对不同类型拓展型生态复合墙体的极限受剪承载力验算。