组合连梁RC框剪结构地震损伤控制研究

框架-剪力墙结构作为多层及高层结构普遍采用的建筑结构形式之一,是抗震设计与加固的重点与热点。组合连梁技术为降低墙肢损伤,震后快速恢复结构功能,降低社会灾后重建的成本提供了新的思路。但目前对组合连梁框架-剪力墙结构体系的研究仍不充分,组合连梁对于整体结构的控制效果仍有待确认。本文通过子结构试验与数值分析的方法,系统地研究了组合连梁的力学性能,给出了合理的组合连梁设计参数,并提出了基于连续化方法的带组合连梁的剪力墙结构的抗震分析方法。本文的主要工作及成果如下:(1)带缝钢板阻尼器力学性能试验研究。通过带缝钢板阻尼器低周拟静力循环加载试验研究,研究了开缝宽度和工艺、连接构造措施、弯曲单元跨高比等关键因素对带缝钢板阻尼器力学性能的影响,同时研究了带缝钢板阻尼器的延性、超强系数及低周疲劳性能。并通过精细化有限元分析对缝宽为2mm的阻尼器试验进行了模拟,讨论了损伤模型及损伤参数的取值,并为试验结果补充了分析参数。通过Bouc-Wen宏观模型,对缝宽为6mm的阻尼器试验进行了模拟,通过回归分析,建立了Bouc-Wen形状控制参数与阻尼器力学性能控制参数之间的关系。(2)传统连梁与带缝钢板阻尼器组合连梁对比试验研究。通过一组传统连梁与组合连梁的对比试验研究,验证了组合连梁在连梁和墙肢的损伤控制、相同位移角下的耗能能力,变形能力等方面的优势,同时研究了超强系数对组合连梁的影响。(3)大比例传统剪力墙和组合连梁剪力墙子结构试验研究。根据某18层原型结构,制作了1/3缩比的6层传统连梁剪力墙和组合连梁剪力墙试验体,进行了子结构拟动力试验及低周拟静力循环加载试验研究,研究了组合连梁剪力墙结构的力学性能及损伤破坏模式,证明了组合连梁墙片在结构层间位移角、地震力输入方面的控制效果,同时测量了组合连梁的变形需求。(4)组合连梁框剪结构参数分析。在验证模型正确的基础上,应用有限元软件Marc对消能墙片进行了参数分析,研究了在10层、20层、30层3种不同高度下,组合连梁的跨高比、刚度参数及强度参数对于整体框架-剪力墙结构的地震响应的控制作用,分析了结构的层间位移角、楼层剪力分布、结构沿楼层的耗能分布等结构响应随参数的变化关系,并给出了组合连梁设计参数的合理范围。(5)基于等效弹性连续化方法的组合连梁剪力墙结构的抗震分析方法。基于传统双肢剪力墙的连续化方法,考虑了组合连梁以及墙肢的塑性能力,通过计算组合连梁剪力墙的周期与振型、组合连梁的附加阻尼比,并结合MPA方法,提出了基于等效弹性连续化方法的组合连梁剪力墙抗震分析方法,为阻尼器参数及优化分析奠定了基础。     

高层剪力墙结构消能连梁设计案例分析及几个问题的讨论

本文选取两栋高层剪力墙结构住宅工程案例,采用ETABS软件分析并讨论了高层剪力墙结构中安装位移型钢滞变阻尼器连梁进行消能减震设计的几个关键问题。以阻尼器刚度、设计极限位移、附加阻尼比等参数为基本参量,以层间位移角和层间剪力为减震效果优劣评价指标,对比研究了阻尼器空间布设位置和数量变化对结构地震反应的影响规律。验证了阻尼器刚度参数变化影响结构主振周期变化,进一步影响层间剪力减震效果;阻尼器设计极限位移参数变化引起结构整体耗能能力变化,即阻尼器的设置增加了结构附加阻尼比尤其是大震附加阻尼比,使结构大震作用下的层间位移反应得到有效控制。给出了如下设计建议:当在高层剪力墙结构中采用消能连梁进行消能减震设计时,应尽可能将阻尼器布置在受力较大的连梁位置处,并使阻尼器的设计屈服位移和极限位移分别与结构设计弹性层间位移和弹塑性层间位移相匹配。在设计过程中应通过调整阻尼器刚度尽可能延长消能减震结构的基本振动周期,优化阻尼器布设位置和数量,最大限度地增大阻尼器对结构的附加阻尼比贡献,达到显著降低结构地震反应的目的。     

钢筋混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

通过6片1：2单层短肢墙试体的低周反复荷戴试验,研究了在低周反复荷载作用下钢筋混凝土短肢剪力墙的整体工作性能、破坏形态及滞回特性。结果表明：试件的最终破坏均是由连梁失效引起的,连梁是短肢剪力墙结构的薄弱环节,因此,连梁的混凝土强度不应低于墙肢的混凝土强度,以免连梁出现粘结破坏;有翼墙的短肢剪力墙试体其延性系数都达到了3．5以上．其耗能能力较无翼墙短肢墙好。     

含型钢边缘构件混合连肢墙结构抗震性能试验研究

为研究含型钢边缘构件混合连肢墙结构的抗震性能,进行了1个5层1/3缩尺模型试件低周反复加载试验.模型试件的耦连比为30％,根据底部剪力法采用三质点倒三角形加载形式.通过分析试件在循环荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、刚度退化、延性及结构的耗能能力等,得到结构的破坏机理,并对结构抗震性能进行了评价.试验结果表明:该结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,能够明显改善钢筋混凝土双肢剪力墙的抗震性能;但是耦连比为30％时,墙肢混凝土裂缝较为集中,破坏主要出现在底部两层,建议提高耦连比进行进一步研究.     

铰支墙-框架新型结构体系的损伤控制研究

震后可恢复性(Earthquake Resilience)已经成为了建筑结构体系的重要评价标准之一。作为高层建筑结构中最主要的抗侧力构件,钢筋混凝土剪力墙在近几次大地震中暴露出了震后可恢复性方面的缺陷。主要表现为连梁损伤严重、难以修复;剪力墙底部钢筋屈曲、混凝土压溃、剪切破坏明显,同样难以修复。针对上述两点问题,本文分别研究了剪切型金属阻尼器连梁和塑性铰支墙两种构件,建立两类构件的设计方法和简化数值模型。在此基础上运用连续化方法对铰支墙-框架结构体系中塑性铰支墙和消能连梁的强度和刚度需求进行了讨论。本文的主要研究内容如下:(1)对国内多组普通RC连梁和剪力墙构件试验的结果进行了统计分析,其结果显示了两类RC构件的变形能力与设计参数之间的关联存在较明显的离散性。(2)提出了带缝钢板阻尼器及跨中布置该阻尼器的剪切型消能连梁。本文进行了大剪跨比(r=3.0)的普通RC连梁和剪切型消能连梁的对比试验研究,结果显示,普通RC连梁和消能连梁试件的实测峰值荷载和名义屈服剪力值相差在4%以内。消能连梁阻尼器可以更早地进入屈服耗能状态,避免连梁混凝土部分遭受严重损伤。消能连梁变形的80%以上集中在阻尼器内,充分发挥了位移相关型阻尼器的耗能能力。阻尼器连接构造存在滑移,一定程度上影响了阻尼器性能的发挥。最后,建立了消能连梁的简化数值模型并验证了其适用性。(3)针对剪力墙底部墙肢复杂的弯剪耦合作用机制,提出了抗弯/抗剪功能分离的塑性铰支墙并建立了相应的承载力和刚度设计公式。塑性铰支墙与普通RC剪力墙的对比试验证明,本文提出的设计方法可以更准确地获得塑性铰支墙不同性能目标下的力学性能;塑性铰支墙具有更强的变形和耗能能力;塑性铰支墙的总变形中,弯曲变形占有绝对比重,避免了铰支墙发生剪切型破坏,保证了"强剪弱弯"的性能,从而避免了底部墙肢的不可修复损伤。(4)对塑性铰支墙的主要设计参数进行了研究,给出了相关建议。建立塑性铰支墙的简化数值模型。其中,采用在纤维模型的截面附加剪切恢复力本构来模拟RC剪力墙的方法,以及采用零长单元模拟阻尼器连接段非线性行为的方法均根据试验结果进行了准确性验证。在此基础上研究了塑性铰支墙几何参数(墙肢宽高比r、铰支座高度比μ)、轴压比ν、阻尼器核心段初始刚度K_(ed)对墙肢力学性能的影响,参数分析的结果显示,阻尼器性能的发挥主要受几何参数的影响,建议将塑性铰支墙布置在结构底部加强层范围内,高宽比r≤1.0,同时,铰支座的布置高度不宜超过铰支墙高度的60%。在满足阻尼器极限变形要求的前提下,通过选择更大的高度比μ和初始轴向刚度K_(ed)更大的阻尼器,可以使塑性铰支墙获得更高的承载力和刚度。(5)采用连续化设计,对铰支墙结构和铰支墙-框架结构在3种常见类型的水平荷载作用下的效应进行分析。结果表明,连续化设计方法可以得到铰支墙结构的结构响应,内力和变形计算公式中均显出铰支墙所在层的性能对结构响应的影响比较明显。     

带耗能腋撑竖向不规则短肢剪力墙结构减震性能分析

在不影响建筑使用空间前提下,提出在抗侧构件不连续处设置耗能腋撑以改善竖向不规则结构抗震性能。以底部大空间短肢剪力墙结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS研究耗能器类型与场地土对耗能腋撑工作性能和竖向不规则结构受力性能的影响。研究表明,黏滞型耗能腋撑对文中分析模型各楼层地震反应有较好的控制效果,对转换层处层间位移角与层剪力最大值减幅最大,分别为40.14%和15.66%,对顶层加速度与基底剪力峰值的最大减幅分别为16.06%和23.57%,黏滞型耗能腋撑最大能耗散输入结构能量的42%,而黏弹型耗能腋撑对结构的控制效果不理想;当地震震级较大、震中距较小时,耗能腋撑对坚硬与软弱场地土的模型结构控制作用相差不大,减震位移比在转换层处达到最小值0.76;随着震级减小或震中距增大,耗能腋撑对该模型结构的控制作用随场地土变硬而逐渐增强,其减震位移比介于0.68～0.74之间。     

小跨高比连梁混合暗支撑高阻尼混凝土联肢剪力墙试验研究

混合暗支撑高阻尼混凝土联肢剪力墙是一种新型延性双肢剪力墙,它将暗支撑引入双肢墙的两个墙肢,将内置带剪力钉钢板连梁作为剪力墙洞口连梁,墙身由高阻尼混凝土浇筑而成.本文对这种新型联肢剪力墙结构进行了低周反复加载实验与数值模拟,较系统地分析了该新型剪力墙结构的承载力、延性、耗能、破坏机制、破坏特征以及刚度衰减过程等性能.结果表明:与现有暗支撑混凝土联肢剪力墙相比,混合暗支撑高阻尼混凝土联肢剪力墙开裂强度、极限承载力、耗能能力及变形能力均有一定程度的提高,显示了良好的抗震性能;当剪力墙连梁跨高比越小,混合暗支撑高阻尼混凝土剪力墙的抗震性能越好.     

基于能力设计原理的双肢剪力墙极限承载力研究

通过对双肢剪力墙的静力推覆分析(Push-over分析)揭示其极限状态的多种形式并提出连梁强度折减系数K,对在理想极限状态下的连梁剪力超强进行折减,得出对应于不同极限状态下连梁对墙肢轴力的改变量,可用于双肢剪力墙结构超强的整体计算,为带转换层的高层建筑转换结构的能力设计提供了理论基础。     

型钢高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点抗震性能试验研究

通过4个型钢高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点试件和1个高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点试件的低周反复荷载试验,主要研究配钢形式、轴压比和连梁结构类型对节点的滞回特性、变形能力及耗能能力等性能的影响。结果表明:型钢高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点的滞回曲线饱满,承载力、刚度以及抗震性能较高强混凝土短肢剪力墙节点均有所改善,所有试件的延性均小于3,极限层间位移角均小于1/100,等效黏滞阻尼系数在0.17～0.24之间,表现出其延性和抗倒塌能力较差,耗能能力较好。     

半通缝连梁剪力墙结构抗震性能分析

连梁是剪力墙结构中重要的耗能构件,小跨高比连梁通常具有延性差,耗能能力薄弱等缺陷,不能起到保护墙肢的作用。半通缝连梁可有效改善小跨高比连梁的延性[1]。为进一步探究带有半通缝连梁的剪力墙结构的抗震性能,包括:延性系数、耗能能力等抗震性能参数,以及验证半通缝连梁剪力墙结构的破坏机理。基于有限元软件ABAQUS建立3种不同连梁形式的单片双肢剪力墙结构数值模型,对结构的低周反复试验进行仿真,以分析3种截面形式连梁的单片双肢剪力墙结构在低周往复荷载作用下的承载能力、耗能能力和延性。研究表明:半通缝连梁剪力墙结构可以兼顾双连梁剪力墙结构的延性和深连梁剪力墙结构的开裂前刚度,耗能性能与双连梁剪力墙结构相近,承载力较双连梁剪力墙结构高,抗震性能良好。     

双肢空腹式型钢高强混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

通过一榀型钢混凝土梁连接的空腹式型钢高强混凝土短肢剪力墙模型的拟静力试验,考察该类双肢墙的抗震性能及破坏机制。试验结果表明:试件从型钢高强混凝土连梁屈服形成塑性铰,再到墙肢屈服发生破坏,呈现出强墙肢弱连梁的破坏机制,但破坏过程中仍具有较强的脆性特征;试件延性系数、耗能等效黏滞阻尼系数为4.15和0.170,表明该类结构具有较好的抗震变形及耗能能力;当水平位移比Δ/Δ_y=2时,试件剩余刚度只有初始刚度的23.6%,表明该类结构在连梁遭受地震损伤后的刚度退化严重,抗侧稳定性变差。     

带钢桁架连梁的框架剪力墙结构振动台试验研究

钢桁架连梁作为一种新型的连梁形式,具有优良的延性与耗能性能,而采用钢桁架连梁的建筑结构,其整体抗震性能尚需进一步研究。通过对一幢12层带钢桁架连梁的框架剪力墙结构1∶15比例模型的地震模拟振动台试验,研究了该结构的动力特性与地震响应。结果表明,钢桁架连梁具有足够的刚度,能够有效连接剪力墙,使得该结构具有良好的变形能力,能够满足延性设计要求。因此,带钢桁架连梁的框架剪力墙具有良好的抗震性能。     

螺栓拼接连接可更换耗能梁段-钢框筒结构抗震性能评估

为了增强传统钢框筒结构(Steel framed-tubed structures, SFT)的抗震性能和震后功能可恢复能力,提出了螺栓拼接连接可更换耗能梁段-钢框筒结构(Steel framed-tubed structures with bolt-splice-connected repairable link beams, SFT-RLB)。首先给出了SFT-RLB结构构件的设计方法;然后基于OpenSEES平台提出了整体结构的弹塑性数值模型建模方法,通过子结构试验结果验证了有限元模型的准确性;继而设计了SFT和SFT-RLB结构算例,对比了2种结构的弹性和弹塑性性能;最后采用IDA方法对结构算例的抗地震倒塌能力进行评估。分析结果表明,SFT-RLB结构主要通过耗能梁段发展塑性耗散地震能量代替裙梁端部形成塑性铰,其耗能能力和变形能力均明显优于SFT结构。大震作用下,裙梁中设置的耗能梁段充分进入塑性耗散地震能量,可以有效地减小结构的基底剪力和层间侧移角,从而降低结构的地震作用,减轻主体构件的损伤程度。SFT-RLB的残余层间侧移角小于试验测得的可允许更换残余侧移角,证明结构具有震后...     

带黏滞阻尼器SRC框支剪力墙结构消能减震分析

针对某型钢混凝土框支剪力墙高层建筑结构高宽比过大、竖向刚度不规则等问题,采用耗能减震技术,在转换层与避难层处设置黏滞阻尼器,采用ETABS进行非线性动力时程分析,研究黏滞阻尼器对型钢混凝土框支剪力墙结构的地震和风荷载控制作用,提高型钢混凝土转换构件的抗震性能。研究结果表明,在不同地震动作用下黏滞阻尼器均能有效地降低型钢混凝土框支剪力墙结构的地震响应,结构峰值位移和最大层间位移角的减幅分别介于3%～45%和2%～43%,而黏滞阻尼器耗散总输入能量比例最高达73.65%;在风荷载时程作用下,结构各控制楼层的峰值位移减幅介于1%～11%之间。     

强震下框架-剪力墙结构损伤破坏量化指标研究

为了探究能够全面评估钢筋混凝土结构抗震性能的量化指标,借助有限元软件ABAQUS对一拟建的10层框架-剪力墙结构进行了大量的非线性动力时程数值计算,对比分析了不同地震作用下最大层间位移角与滞回耗能的分布情况,从结构滞回耗能的角度揭示了破坏机制,得到主要结论如下:结构层间位移角最大的位置不一定是损伤破坏最严重或者薄弱的部位,以层间位移角作为整体结构抗震性能的判别指标离散性较大,计算结果易受所选地震波的方法及数量影响;结构滞回耗能沿楼层的分布受地震波选取方法和数量的随机性影响较小,结构底层耗能对结构整体耗能贡献最大,约占结构总耗能的60%,其余各楼层滞回耗能约占结构总滞回耗能的1%~8%;梁和柱滞回耗能主要集中于结构底部1层,总的框架梁滞回耗能仅占结构总滞回耗能的18%~22%,绝大部分地震输入能由框架柱吸收,总的框架柱滞回耗能占结构总滞回耗能的80%左右,该计算结果与实际震害中结构主要形成"柱铰"破坏机制的现象较为一致。     

某高层框架-剪力墙基础隔震结构地震响应分析

以某高层框架-剪力墙基础隔震建筑结构为研究对象,采用考虑隔震装置竖向拉、压刚度变化的弹塑性本构关系,以及上部混凝土框架-剪力墙结构采用弹性本构关系,建立非线性有限元分析模型,对模型结构进行动力时程分析,研究高层框架-剪力墙基础隔震结构的地震响应。分析结果表明:在设计地震作用下该隔震支座的非线性滞回特性符合支座设计基本要求,采用基础隔震技术后该高层结构的前几阶周期均有所延长,上部结构的加速度和层间位移角响应明显减少,隔震层能耗散部分的地震动输入能量,隔震技术能够有效降低高层框架-剪力墙结构的地震响应。     

基于性能的联肢钢板剪力墙抗震设计与评估研究

联肢钢板剪力墙能通过连梁耗能实现多重抗侧体系,其优良的抗震性能被越来越多的学者研究论证。本文基于能量平衡原理和Chao和Goel提出的弹塑性层剪力分布模式,预设目标侧移及屈服机制等性能参数,归纳出完整的联肢钢板剪力墙结构塑性设计流程,并采用该方法基于8度(0.3g)抗震设防条件下设计了12个联肢钢板剪力墙结构算例。利用有限元分析软件ABAQUS对结构进行了Push-over分析,研究了刚度退化、构件屈服顺序和结构整体变形等方面的结果。结果表明：设计算例能够实现多重抗震机制,并满足预期性能目标。     

钢筋混凝土耗能墙抗震性能试验研究及结构地震响应分析

为研究钢筋混凝土耗能墙的抗震性能及其对底层柔性建筑的减震效果,设计了3片耗能墙,设计参数为截面尺寸、墙的排列方式和配筋形式。通过低周往复加载试验对3个试件的破坏特征、滞回耗能、位移延性等抗震性能指标进行了研究。选取7条近场地震波和8条远场地震波,并采用SAP2000有限元软件对设置耗能墙的底层柔性结构进行地震响应分析。结果表明:3片耗能墙均具有较好的抗震性能,在墙身设置竖向通缝可以提高耗能墙的变形能力和耗能能力;内置钢板后可明显改善耗能墙的抗震耗能效果;在近、远场地震作用下,增设耗能墙后首层层间位移角平均值分别减少21.7%、17.6%,层间剪力平均值分别减少16.3%、18.1%,表明耗能墙可以提高结构的抗震能力,明显减轻主体框架的滞回耗能,减少结构地震响应。     

双肢剪力墙连梁截断式剪切型金属阻尼器抗震设计与分析

联肢剪力墙结构中连梁因跨高比偏小且受力复杂,在地震中常遭遇不同程度的损伤,为降低其损伤程度且便于震后快速修复,本文提出一种新型的连梁截断式剪切型金属阻尼器及具体的设计要求,应用工程力学理论推导阻尼器双线性模型的参数设计方法,然后程序化设计流程以便于工程应用,最后采用壳单元和纤维模型分别建模分析多层双肢剪力墙拟静力试验,对比安装阻尼器前后结构初始刚度、失效模式及耗能性能的变化。研究结果表明,本文提出的阻尼器及其设计方法可靠合理,在安装阻尼器后结构抗震性能得到明显提高;当结构抗侧刚度与极限承载力削弱在10%以内时,其延性增强程度及破坏模式改善的效果显著;针对连梁先于墙肢屈服的结构,阻尼器耗能占结构总耗能的比例与附加阻尼比均有较大提高,达到了预期的设计目标。     

设置金属阻尼器的预制装配式剪力墙结构抗震性能分析

预制装配式结构是未来建筑结构发展趋势,但是其整体抗震性能是装配式结构的薄弱环节。因此,将作者提出的剪切型软钢阻尼器设置于实际预制装配式钢筋混凝土高层剪力墙结构的连梁中部,以此提高整体结构抗震性能。该文基于ABAQUS有限元软件平台,提出一种可以有效模拟该软钢阻尼器剪切性能的连接单元,将其应用于该装配整体式剪力墙结构中,进行有限元建模和弹塑性时程分析,通过对比减震前后结构的相关地震反应,分析结构在罕遇地震作用下的减震效果。分析结果表明,设置阻尼器的减震结构,损伤连梁的数量明显减少,连梁阻尼器具有良好的耗能性能,层间位移角、结构损伤、基底反力均有所有减小。因此,采用这种软钢阻尼器可以提高装配整体式剪力墙结构的整体抗震性能。