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。

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。

可恢复功能防震结构研究综述

可恢复功能结构具有杰出的恢复变形能力与良好的消能能力,同时拥有高效的修复效率,属于一种拥有较高地震抗性的结构类型。可恢复功能结构与其他抗震结构相比,在强烈地震后具有较小乃至为零的残余变形是其显著优势。这个特征能有效地保证单体结构在地震后的功能,对于推动建设具备韧性的城市起着重要的作用。因此,在地震工程领域,最近数年的关注重点已转向对具有可恢复功能的结构的研究。通过采用不同的关键材料与技术手段,学术界提出了多种可恢复功能结构,并进行了系统的理论分析、室内试验和数值模拟研究。基于此,回顾了自修复结构的研究进展,总结了取得的重要成就和关键技术,并展望了可恢复功能结构的未来研究方向和应用前景。

考虑SSI效应的山地掉层框架-摇摆墙结构的地震反应特性分析

掉层框架结构存在严重的侧向刚度不规则和楼层承载力突变以及上接地层变形集中的问题,为改善山地掉层框架结构的层屈服破坏模式,该文对其附加底部铰接的摇摆墙,以期控制结构的屈服机制,以山地掉层框架-摇摆墙结构体系为研究对象,探讨SSI(Soil Structure Interaction)效应对山地掉层框架-摇摆墙结构抗震性能的影响规律。结果表明,不同地基条件以及不同摇摆墙刚度比的掉层框架-摇摆墙结构的动力响应特性不同,SSI效应对结构的上接地侧接地层及其上层的影响最大,加重了山地掉层框架结构因竖向刚度不均所导致的上接地层的层屈服机制。设置摇摆墙结构在考虑SSI效应时仍发挥优良的控制上接地侧变形均匀化的效果,SSI效应随摇摆墙布置位置和摇摆墙刚度比的变化而变化。SSI效应会改变掉层框架结构的滞回耗能模式,布置摇摆墙后,考虑SSI效应的山地掉层框架-摇摆墙结构薄弱层的滞回耗能减小,各层滞回耗能更加均匀,体现了摇摆墙控制整体变形的能力。

考虑SSI效应的框架-摇摆墙结构响应数值计算研究

采用理论模型计算了考虑土-结构相互作用(SSI)效应的框架-摇摆墙结构的地震响应。所提出的模型可以在结构初步设计完成后,进行结构响应及参数设定的分析验证。根据所提出的理论模型,对固定地基的框架结构(RF)、考虑SSI效应的框架结构(SF)、固定地基的框架-摇摆墙结构(RW)以及考虑SSI效应的框架-摇摆墙结构(SW)四种模型进行了时域分析,并考虑了5种不同的土性。结果表明,SSI效应会增大框架-摇摆墙结构的响应,框架-摇摆墙结构对土体条件变化的敏感度比框架结构更高。因此,在框架-摇摆墙结构的抗震设计中,需要考虑SSI效应。如果不能准确地确定地基特性,可能会导致对响应的错误评估。

混凝土框架摇摆墙结构体系的抗震性能分析

为研究框架摇摆墙结构体系的抗震性能,以1个6层混凝土框架结构模型为例,利用通用有限元软件SAP2000建立了该结构的简化模型,并通过弹塑性动力时程分析,得到了附加摇摆墙前后结构的地震响应。分析结果表明:附加摇摆墙后,结构以摆动振型振动,各层的层间位移角趋于一致,结构层间变形的集中得到有效控制,从而使结构形成整体屈服破坏机制,防止局部层屈服破坏机制的产生,充分发挥整个结构的耗能能力;附加摇摆墙后,结构周期略有减小,不会显著增加结构基底剪力,即使仅附加高度为结构总高度一半的摇摆墙,也能有效控制结构底层的变形集中;该框架摇摆墙结构体系具有良好的抗震性能。

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。

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。

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。

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。

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。

摇摆填充墙-框架结构抗震性能研究

以现行框架设计方法为基础,提出了一种新型的摇摆填充墙-框架结构,通过构造措施可以彻底改变框架结构的层破坏机制。采用静力非线性分析,对摇摆填充墙-框架结构、普通填充墙-框架结构和纯框架结构的抗震性能进行对比分析,结果表明:摇摆填充墙-框架结构在墙体摇摆之前其性能与普通填充墙-框架基本相同,在墙体摇摆之后能够改变结构层间变形分布,使结构层间变形趋于均匀,结构破坏机制变为整体型破坏,有效提高了框架结构的延性性能。

基于SAP2000的框剪-摇摆墙结构抗震性能研究

建立一个按照规范设计的10层框架-剪力墙结构作为研究模型,通过替换模型中纵向的剪力墙为摇摆墙从而改造得到框架-摇摆墙结构模型.采用SAP2000有限元分析软件对上述两种模型进行Push over分析和非线性动力时程分析,以此对比分析两者的抗震性能.分析结果表明:框架-摇摆墙结构较框架-剪力墙结构抗震性能优越,层间变形基本一致,结构损伤趋于均匀,显著改善了框架-剪力墙结构损伤过于集中的破坏方式,更容易达到"强柱弱梁"和"强剪弱弯"的设计准则,提高了结构的抗震性能,为新建框架-剪力墙结构改造成高抗震性能框架-摇摆墙结构体系提供参考,为后续提出其设计方法奠定基础.

双重耗能机制框架剪力墙结构地震响应分析

当前摇摆墙体系研究广泛,但由于放松了墙底约束,抗侧刚度减小,使得结构整体变形过大。在框架剪力墙双重结构体系中,利用剪力墙和框架在地震作用下不同的变形模式,在两者之间连接屈曲约束支撑(BRB)可有效降低框架结构的水平加速度响应;进一步在剪力墙底设置参数可控的金属阻尼器(MD),防止剪力墙底部破坏的同时,整体结构在BRB与MD共同作用下,整体结构地震响应也得到有效改善。以某六层混凝土框架剪力墙为例,利用ABAQUS有限元软件并结合UMAT二次开发接口的PQ-Fiber用户子程序,建立了框架剪力墙非线性有限元模型,变化BRB和MD初始刚度和屈服强度,进行弹塑性动力时程分析。结果表明:在BRB和墙底MD的双重耗能作用下,当BRB和MD屈服强度取值一个合适的属性范围,双重耗能框架剪力墙结构的地震响应得到了明显改善。

基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙耗能结构抗震性能研究

介绍了基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙耗能结构及其抗震性能的研究分析.框架-摇摆墙结构能改善结构的变形机制,提高结构抗震性能,缺点是削弱了结构刚度,使各层位移加大.而履带式阻尼器构造简单、安装方便、价格低廉,且能在2个方向上帮助结构耗能,帮助结构提升抗震性能.通过对框架剪力墙结构、框架-摇摆墙结构及基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙耗能结构进行静力非线性推覆分析及动力非线性时程分析,对比研究3种结构的抗震性能.结果表明:框架-摇摆墙结构较框架剪力墙结构层间变形趋于一致,结构损伤趋于均匀,属整体破坏机制,相比框架剪力墙结构更加符合规范要求的"强柱弱梁""强剪弱弯"的设计原则;而履带式阻尼器可有效降低框架-摇摆墙结构的层位移及层间位移角,基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙结构在承受地震荷载时层位移小,层间位移变化均匀,抗震性能更加优越.

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.

框架结构加固设计方案对比分析

某混凝土框架结构体系主体总高14m,总长77.5m,横向两跨,纵向十跨,采用独立基础设计。利用软件建立结构加固模型,对原结构、钢支撑加固结构和摇摆墙加固结构进行弹性和弹塑性分析,结果显示钢支撑加固和摇摆墙加固均可提高结构抗震承载力,但钢支撑加固法仍可能形成层屈服破坏机制,而摇摆墙加固法更有优势。

基于人工消能塑性铰的装配式RC框架-摇摆墙结构地震易损性分析

为实现装配式RC框架结构损伤可控并提高其耗能能力,提出一种基于人工消能塑性铰的装配式RC框架-摇摆墙(ADPH-RWF)结构,旨在通过摇摆墙提高结构竖向连续刚度,控制框架变形模式,充分发挥梁端人工消能塑性铰的耗能能力。采用OpenSEES软件建立了3个6层整楼有限元模型,进行了静力弹塑性分析及增量动力分析,基于分析结果研究该结构的地震易损性和抗倒塌性能。结果表明:相较RC框架,ADPH-RWF结构承载能力显著提高,层间变形更为均匀;当地震强度较小时,ADPH和ADPH-RWF结构与现浇RC框架易损性相近,而当地震强度较大时,ADPH结构和ADPH-RWF结构的易损性及抗倒塌能力显著强于RC框架。

带墙脚装置的框架-摇摆墙结构模型研究

为研究带墙脚装置框架-摇摆墙结构性能并分析其设计要点,提出一种分布参数模型以模拟该结构在地震荷载下的内力和变形情况,使用OpenSees对一5层框架-摇摆墙结构进行建模并对比了分布参数模型的相应结果,验证了分布参数模型的有效性,使用模型对带墙脚装置的框架-摇摆墙结构进行参数分析。结果表明:在耗能钢筋屈服前较大的墙体刚度会使结构变形偏离剪切型,耗能钢筋屈服后墙体仍能调节结构变形的均匀程度,墙脚装置则对结构归一化后的变形影响较低。墙脚装置的相对长度会影响摇摆开始所需的荷载,相对刚度则与摇摆开始所需荷载无关,整体上对摇摆影响不明显。墙脚装置的相对长度和相对刚度宜分别限制在0.1至0.3和0.05至0.15之间,以在摇摆的全过程中提供更高的恢复力。

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。