高性能R/ECC联肢剪力墙结构地震破坏机理及性能设计理论研究

利用PVA-ECC材料的超高韧性和高耐损伤能力，基于从根本上提高混凝土结构抗震性能的理念，提出在R/C结构关键部位用高性能R/ECC代替R/C，创建了新型R/ECC联肢墙结构。研究满足不同性能要求的ECC材料的配合比、力学性能和受压、拉本构关系，提出其配合比、制备工艺和力学性能指标；揭示塑性铰区采用R/ECC剪力墙的地震破坏机理，建立其截面承载力和变形能力计算方法，提出强震后免于修复的R/ECC区高度、PVA纤维掺量、水平分布钢筋数量和边缘构件箍筋数量的确定方法；提出预制R/ECC连梁与现浇R/C墙肢的连接方法和设计准则，建立考虑PVA纤维掺量、配筋形式等的连梁承载力和变形能力计算方法；研究R/ECC联肢墙结构的性能控制参数及优化控制方法，建立各种性能水平极限状态的失效判别参数和准则以及抗震变形容许值，提出基于性能的抗震设计理论与方法以及强震下免于震后修复的性能控制方法。

基于提高混凝土结构抗震性能的理念，提出在RC结构关键部位用ECC代替RC，创建了新型ECC联肢墙结构，对其进行了试验和理论研究，研究成果如下：1)提出了ECC材料配合比、制备工艺以及其抗压强度、抗拉强度、弹性模量、极限拉、压应变等力学性能指标的确定方法，建立了ECC材料单轴拉、压本构模型以及三轴受压本构模型。2)对塑性铰区采用ECC剪力墙进行了试验研究，发现ECC材料耐损伤能力强，具有较高的损伤容限，可减小强震后的修复费用；建立了下端采用ECC剪力墙的非线性模型，模拟了加载全过程和受力性能；采用变刚度模型计算由两种材料组成的剪力墙构件的开裂位移和屈服位移，提出了考虑剪切、弯曲变形影响的开裂位移、屈服位移和极限位移的计算公式；考虑ECC材料的延性和应变硬化特性，建立了剪力墙截面弯矩-曲率关系，考虑刚度退化得出四线型荷载-位移恢复力模型，给出了各特征点理论计算公式；考虑压、弯、剪相互作用的破坏机理以及纤维增强混凝土超高受拉应变硬化性能，基于修正压力场理论和单向弯剪模型，提出了纤维增强混凝土剪力墙变形能力分析模型。3) 完成了对角斜筋ECC小跨高比连梁拟静力试验，发现ECC连梁在对角主斜裂缝出现前，已能满足强震下连梁的承载力和变形需求，强震后无需修复或稍加修复即可继续使用；根据ECC小跨高比对角斜筋连梁的受力特征，考虑其受拉应变硬化特性，利用拉-压杆模型，提出用于模拟ECC对角斜筋小跨高比连梁非线性力-位移理论模型；根据连梁屈服时连梁埋入部分的力平衡条件及约束弯矩平衡条件，确定了预制连梁的梁端埋入长度；提出了对角斜筋连梁受剪承载力计算公式。4) 对塑性铰区采用ECC柱进行了拟静力试验，发现其具有较好的变形能力和损伤容限；局部使用ECC可以减少约束箍筋和抗剪箍筋用量；建立了这种柱的截面受弯和受剪承载力计算方法。5) 以连续化方法的解析解为基础，通过控制联肢剪力墙结构顶点和层间侧移角来确定其基底剪力，依据连梁两端相对竖向变形需求确定连梁所需要的约束箍筋数量；基于联肢剪力墙结构屈服机制控制和性能设计理念，提出了联肢剪力墙结构基于最佳屈服机制的性能设计方法。