一种框架摇摆墙结构的实现形式及其有限元分析

基于可更换构件理念,提出了一种框架摇摆墙结构的实现形式。在试验研究基础上,构建了4种不同节点形式的有限元模型,计算结果表明:延性连接件与摇摆墙和框架之间应采用刚接节点进行模拟,摇摆墙与基础之间的橡胶垫与抗剪键可采用铰接节点进行简化;随着连接件直径和摇摆墙厚度增加,框架摇摆墙层间位移更为均匀,结构承载力随之增加但增加幅度逐渐减小。实际工程中应首先结合结构抗震需求确定较为合理的摇摆墙厚度,而后再按该方法优化连接件直径和构造。

不同层数框架摇摆墙结构抗震性能研究

为研究框架摇摆墙结构中摇摆墙框架刚度比与结构层数的相关性,本文分别建立了4,6,8层钢筋混凝土框架结构并附加不同刚度的摇摆墙,运用有限元软件SAP2000建模进行静力非线性分析,得到各结构的抗震性能。用结构的位移集中系数变化过程反映结构的破坏模式。分析结果表明:相同刚度比的框架摇摆墙结构随地震力的增加结构位移集中系数的变化趋势基本相同,而与层数无关。摇摆墙刚度比小于1.6%时,对框架的破坏机制影响很小。摇摆墙的刚度比大于2.5%时,开始改变框架的破坏机制,逐渐从层破坏机制变为整体破坏机制。摇摆墙的刚度比大于7%时,结构具有稳定的整体破坏机制。

粘滞阻尼器连接框架摇摆墙罕遇地震抗震性能分析

地震是一种十分常见的自然灾害,它对人类的生命和财产安全带来了极为不利的影响。地面建筑物在地震作用下的安全性是抗震设防的必要条件,"破坏机制"和"层间位移"是控制结构地震响应的先决因素。本文根据某中学的实际设计图,通过弹塑性分析软件SNAP,建立粘滞阻尼器作为连接构件的框架摇摆墙模型,并分析相比于传统框架摇摆墙结构抗震性能的差异。主要结论如下:框架摇摆墙结构较纯框架结构有较好的控制层间位移的作用,并且可以消耗更多的地震能量。粘滞阻尼器作为连接构件既可以提供较大刚度又可以有效地消耗地震作用诱发的能量。计算结果表明:粘滞阻尼器作为连接构件可以控制最大层间位移角在抗震规范限值内,且具有良好的破坏机制和可替换性,满足震后薄弱层修复及加固的要求。

双重耗能智能框架摇摆墙结构地震响应对比分析

针对框架剪力墙结构在强震作用下存在连接处楼板或连梁破坏以及剪力墙底部出现塑性铰的问题,在课题组开发的智能框架剪力墙双重结构体系中,将剪力墙设置为底部连接金属阻尼器的摇摆剪力墙,形成一种新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系.以6层混凝土框架剪力墙结构为原型,应用ABAQUS有限元分析软件,建立传统框架剪力墙结构、智能框架剪力墙双重结构、摇摆墙与框架间连接BRB结构和摇摆墙底部连接金属阻尼器的双重耗能智能框架摇摆墙4种结构对比模型,进行非线性动力时程分析,考察各结构的动力响应.结果表明:新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系在BRB屈服强度为0.1fy~1fy区间时,结构地震响应均比传统结构有所减小,框架结构层间位移也得到有效控制,进一步说明在合理参数取值下双重耗能单元控制的结构地震动响应小于单一耗能单元结构.

框架摇摆墙结构受力性能研究

以某六层框架结构作为分析对象,设置不同刚度的摇摆墙,研究加入摇摆墙前后以及摇摆墙刚度大小对结构内力分布及变化规律的影响。分析结果表明:当框架结构层间刚度不均匀时,对摇摆墙的内力分布和结构受力会产生较大的影响,摇摆墙的剪力、弯矩均随地震强度和刚度比的增加而增加,摇摆墙的加入减小了框架部分的地震作用,达到防止出现薄弱层的作用。

摇摆墙刚度对框架摇摆墙结构抗震性能的影响分析

为研究摇摆墙刚度对框架摇摆墙结构抗震性能的影响,对1个4层钢筋混凝土框架结构模型,用有限元软件SAP2000对附加不同刚度的摇摆墙结构进行了静力非线性分析。分析结果表明:随着摇摆墙刚度的增大可以逐渐改善框架的抗震性能,使框架变形更加均匀,层间位移角更趋于一致。但刚度增加到一定程度后,其值进一步增大时结构的抗震性能趋于稳定。对于本文的结构模型摇摆墙与框架的刚度比小于1.27%时,对框架的破坏机制影响很小。摇摆墙的刚度比大于2.48%时,开始改变框架的破坏机制,逐渐从层破坏机制变为整体破坏机制。摇摆墙的刚度比大于6.81%时,结构具有稳定的整体破坏机制。

框架摇摆墙抗震性能研究综述

介绍了框架摇摆墙结构的定义和类型,总结了目前关于框架摇摆墙结构体系的研究方法,阐述了其在地震发生时的损伤机制、抗震性能及连接形式,并结合工程应用情况,提出了框架摇摆墙结构今后的研究方向。

内嵌式框架摇摆墙结构抗震性能研究

为研究内嵌式摇摆墙对钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,以1个4层RC框架结构为例,基于通用有限元分析平台分别建立RC框架结构和内嵌式RC框架摇摆墙结构模型,并采用时程分析和Pushover分析研究结构地震响应和性能水平。通过结构整体响应反应谱分析研究摇摆对结构整体刚度的影响;分析结构楼层响应反应谱,研究摇摆对结构楼层响应影响;Pushover研究摇摆强对结构变形的作用机制,以及对结构耗能机制和损伤分布的影响,从拟静力的角度揭示框架摇摆墙结构的地震损伤演化过程。研究表明:内嵌式摇摆墙可减小结构的振动响应,使结构破坏模式由层间破坏机制向整体破坏机制转变,可提高原RC框架结构的刚度和承载力,但并不能分担框架部分的基底剪力。

框架摇摆墙结构研究综述

传统的混凝土框架结构在地震中往往出现不可修复的层屈服破坏模式,不仅带来巨大损失,还造成了极大的资源浪费,而框架摇摆墙结构中的摇摆墙的作用就是使结构各层间变形趋于一致,呈现出整体破坏模式,其通过将基础与摇摆墙墙底之间的约束放松,使结构本身在地震中可以进行摇摆来耗散地震能量,并通过自重、预应力或其他方式进行复位,将建筑物的抗震性能提高。文章首先回顾了摇摆结构的发展历程,然后对框架摇摆墙结构的基本原理进行了详细介绍,并列出一项将摇摆墙运用到实际工程加固中的案例,并指出从结构体系的角度入手是未来结构优化设计的主要方向。

柱脚不同连接形式钢框架-摇摆墙结构抗震性能对比分析

增设摇摆墙后框架结构地震下柱脚仍会发生一定程度的塑性损伤,将柱脚设置为铰接或提离后有望减轻上述缺陷。以三层、六层和九层钢框架为基准模型,分别建立柱脚固接、铰接及提离三种框架-摇摆墙结构模型并进行动力弹塑性时程分析,对比各结构最大侧向位移、层间位移角、峰值加速度、层间剪力、墙体剪力和弯矩等;进一步建立耗能连梁固接和铰接的对比模型,研究连梁连接方式对结构抗震性能的影响。结果表明:三层模型中柱脚固接时侧向位移、层间位移角、加速度、层间剪力及摇摆墙墙体剪力的控制效果最优,六层、九层模型中分别对应柱脚提离和柱脚铰接效果最好;摇摆墙墙体剪力图和弯矩图分别呈现“C形”和“反C形”,柱脚固接时墙体弯矩均为最小,与层数无关。柱脚固接耗能连梁两端采用固接最优,柱脚铰接和柱脚提离时耗能连梁两端采用铰接形式效果更优。此分析可为框架-摇摆墙结构进一步推广应用提供参考。

非平稳随机地震激励下多层框架-摇摆墙结构的响应分析

框架-摇摆墙是一种可有效提高建筑抗震性和韧性的组合自复位结构,为充分了解其在地震下的随机响应特性,构建多自由度框架-摇摆墙结构的简化非线性方程,并利用等效线性化,基于响应的伪谐波行为假设,构建含时变参数的等效线性动力方程;基于随机平均的原理,得出控制响应幅值概率密度函数(PDF)的时间演变形式的福克-普朗克-科尔莫哥洛夫(FPK)方程,最终得出随机响应时间相关方差的一阶微分方程;并以某教学楼一榀框架为样本构建算例模型进行验证。结果表明:近似解析方法具有优异的精确度,在保证随机响应时间相关方差准确性的前提下,相对于传统的蒙特卡罗模拟(MCS)方法可提高分析的效率;在可分离形式和不可分离形式的非平稳地震动功率谱模型的结果中,随机响应方差曲线趋势与随机地震激励的形式相关,且在分段式调制非平稳谱作用下其分段点表现出很明显的不平滑现象;不同类型的随机地震激励扰动下的结果证明了此方法优异的适用性。

增层框架-摇摆墙体系抗震性能研究

目的基于既有建筑的结构无法满足使用需求现状,通过质量调节及变形模式控制实现结构自振周期延长与损伤可控。方法提出增层框架-摇摆墙体系,对该结构进行理论分析,研究增层对整体结构地震效应的影响机理;利用SAP2000平台建立五个有限元模型,基于规范反应谱开展参数敏感性、静力弹塑性和动力弹塑性分析;并在此基础上,提出摇摆墙简化力学模型。结果增层的质量及高度对整体结构地震作用影响显著;与原框架相比,增层后结构基本自振周期最大延长31.7%,最大弹塑性极限位移响应降低11.5%,最大位移角响应降低20.2%,结构变形不均匀性降低22.0%;与框架-摇摆墙相比,增层后摇摆墙弯矩在弹塑性极限状态下降低33.9%。结论合理设置增层框架-摇摆墙可以小幅降低结构整体地震作用,减小结构地震响应,对结构变形模式可实现有效控制;所建立的摇摆墙简化力学模型可合理反应地震作用下墙体弯矩分布,并使设计偏于安全。

框架-摇摆墙结构损伤后受力性能分析

基于已有的离散-连续参数模型,对损伤后框架-摇摆墙结构的受力性能进行了研究。假定损伤只发生在框架结构上,没有实现“强柱弱梁”的损伤方式,损伤以柱端产生塑性铰的形式出现。研究结果表明:相比未损伤前,损伤后结构的侧向变形有一定的增加,结构最大内力有增有减,二者数值大小的变化与产生塑性铰楼层位置和塑性铰的形式有关。对于框架-摇摆墙结构,有目的地设置薄弱层,对降低结构内力,使层间相对变形趋于均匀是有利的。

基于分布参数模型的摇摆墙-框架结构协同性能分析

为了研究自复位摇摆墙-框架(rocking wall-moment frame,RWMF)结构的协同工作性能,利用所提出的分布参数模型对自复位RWMF结构的协同工作原理与基本影响规律进行研究,建立并求解了完整的静力和动力方程;得到RWMF结构的侧移、内力和各阶动态响应的闭合解,通过参数分析研究框架与摇摆墙(rocking wall,RW)之间的刚度特征值λ和RW底部旋转约束R_(f)对协同性能的影响,并采用层间位移集中系数(inter-story drift concentration factor,DCF)量化RW与框架之间的协同性能。结果表明:RW的设计应满足λ<10,否则,RW对协同性能的影响将微乎其微;当λ值适中时,RW底部约束可以增进协同作用,R_(f)>5后,其约束的继续增大不会再增进RW与框架间的协同效果;当λ和R_(f)取1≤λ≤5∩0.1<R_(f)≤10时,自复位RWMF结构可以在分布均匀性和减小主体框架损伤之间实现平衡,达到最优的协同性能。

不同连接件的框架—拼装摇摆墙体系抗震性能研究

摇摆墙与框架结构结合形成的新型框架—摇摆墙体系能提高结构整体的抗震性能,但摇摆墙自身耗能效果有限,如果要保持摇摆墙的优势并大幅度减小框架结构的地震响应,还需要在框架—摇摆墙体系中附加耗能阻尼器。此外,有研究表明,与传统摇摆墙体系相比,拼装摇摆墙不仅在预制、运输、拼装上更灵活容易,在地震作用下墙体的内力也将大幅度减小,因此文章应用框架—拼装摇摆墙新型结构体系,利用OpenSees数值平台建立不同耗能连接件的框架—拼装摇摆墙体系的精细化数值分析模型,结合动力时程分析,对比研究仅采用刚性杆、金属阻尼器或黏滞阻尼器作为单一连接件对该体系抗震性能的影响。结果表明,相较于使用刚性杆连接,使用金属阻尼器或黏滞阻尼器连接的框架—拼装摇摆墙体系所受的地震力作用更小,并且连接部位所受的轴力较小,不易受到破坏,可将该体系的最大层间位移角控制在抗震规范限值内。

底部带有屈曲约束支撑的摇摆墙框架结构抗震性能分析

为减小摇摆墙框架结构强震下位移响应及缓解屈曲约束支撑框架的损伤集中效应,基于损伤集中模式,提出了底部带有屈曲约束支撑的摇摆墙框架结构体系。以9层钢框架为基准模型,通过推覆分析和动力时程分析对比研究了该结构体系的抗震性能。分析结果表明:BRB屈服前,该结构体系类似框剪结构,BRB提供抗侧刚度并通过墙体进行传递;BRB屈服后,结构发生摇摆,墙体控制变形模式,BRB通过滞回耗能,可以充分发挥结构各部分的抗震能力。

混凝土框架-摇摆墙体系抗震性能研究

框架-摇摆墙为新型受控摇摆体系,可通过墙体有限转动控制结构的侧向变形模式,并使其结构损伤依照预期既定的模式发生与发展,防止局部屈服破坏机制的发生。本文以一个按现行规范设计的10层混凝土框架为例,在其纵向布置4面摇摆墙体,并对其与框架及相同尺寸的框架-剪力墙体系进行静力弹塑性及动力时程分析,以此考察此体系的抗震性能。分析结果表明:框架-摇摆墙较其他两体系可承受较高的地震作用,其主体框架剪力分配与框架体系基本一致,墙体剪力按楼层均匀分配且较小,设计时应予以考虑;在框架体系附加摇摆墙后,其一阶周期变化较小,且由于摇摆墙体的有限转动,主体框架侧向变形受到有效控制,层间变形基本一致,损伤更均匀;框架-摇摆墙体系损伤主要由框架梁承担,耗能分配较为均匀,可改善框架及框架-剪力墙体系局部能量集中现象,易于实现"强柱弱梁"及整体破坏机制,抗震性能更优良。

框架-摇摆墙结构的刚度比对框架结构抗震性能的影响

为研究框架-摇摆墙结构的刚度比对框架结构抗震性能的影响,通过弹塑性有限元软件SNAP建立不同平均层剪切刚度的框架结构,并增设不同刚度比的摇摆墙进行分析比较。结果表明:随着框架-摇摆墙刚度比的增大,结构的层间位移角有不同程度的减小,且层间位移角沿高度方向的分布趋于均匀;原框架结构的平均层剪切刚度越小,框架-摇摆墙刚度比变化的影响越明显;刚度比增大到2.0%时,对结构屈服机制产生影响;框架结构平均层剪切刚度越小,其达到屈服所需的框架-摇摆墙刚度比越大。

框架-摇摆墙结构简化计算方法研究

框架摇摆墙结构依据框架与摇摆墙连接构件的连接属性可以将其分为框架摇摆墙刚接体系和框架摇摆墙铰接体系。为了进一步提高框架摇摆墙结构的工程实用性,本文依据连续化假设及协同工作原理提出了框架摇摆墙铰接体系和框架摇摆墙刚接体系的内力和位移的简化计算方法,以利于框架摇摆墙结构在初步设计阶段的设计分析,并比较了在摇摆墙截面不同情况下结构的内力分布和位移分布。结果表明,框架摇摆墙铰接体系的顶点位移不随摇摆墙刚度的改变而改变,摇摆墙的作用只是平均各层的层间变形,而刚接体系的顶点位移与摇摆墙的刚度有关,刚接连梁的存在可以增加结构的刚度。

摇摆墙-框架体系的抗震损伤机制控制研究

合理有效的损伤机制控制是提高建筑结构抗震性能的重要措施。本文在总结现有各种抗震结构体系损伤机制的基础上,研究了摇摆墙-框架结构体系的损伤机制控制原理与控制效果,给出了摇摆墙刚度的确定方法,比较了摇摆墙-框架结构体系与传统的延性框架结构体系、框架-剪力墙结构体系抗震性能的差别,指出了摇摆墙-框架结构体系的优越性。通过对一个典型的多层摇摆墙-框架结构的动力弹塑性分析,验证了所建议的摇摆墙刚度计算公式的适用性和摇摆墙-框架结构体系在结构损伤机制控制方面的有效性。