混合联肢部分外包组合剪力墙基于两阶段耗能的塑性设计方法研究

混合联肢部分外包组合剪力墙结构是一种典型的两阶段耗能结构体系。依据现行设计规范设计的混合联肢部分外包组合剪力墙结构对结构弹塑性阶段的整体性能缺乏考虑,在设防地震和罕遇地震作用下结构的屈服顺序难以控制。基于混合联肢部分外包组合剪力墙结构体系“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准抗震设防性能目标,提出结构两阶段耗能的塑性设计方法。以目标位移和理想破坏模式作为预测结构弹塑性受力状态性能目标,针对不同地震水准下的性能目标,考虑耦连比对结构合理耗能机制的影响,将结构的能力曲线等效为三线型,改进了传统基于能量平衡的塑性设计方法,保证结构在设防地震及罕遇地震下实现理想屈服顺序,避免薄弱层产生。采用建议的设计方法设计了一个12层结构算例,并采用ABAQUS对算例进行推覆分析和弹塑性时程分析。结果表明,采用基于两阶段耗能的塑性设计方法预测的中震及大震下结构顶点位移角与数值分析结果误差分别为0.5%和12.1%,最大层间位移角满足结构弹塑性层间位移角的要求。算例结构能够实现“强节点弱构件、强墙肢弱连梁”合理的屈服顺序,保证结构预期的失效机制和不同地震水准作用下的性能目标,验证了基于两阶段耗能的塑性设计方法的有效性。

主余震序列作用对剪力墙结构动力响应影响分析

为了研究主余震序列作用对高层剪力墙结构动力响应的影响,以某超高层作为研究基础建立了其动力弹塑性分析模型,开展了相关研究工作。选取10个真实主余震序列作用事件,构造了14条主余震序列作用作为输入的地震荷载;以PGA、PGV、PGA/PGV等作为表征地震动强度的指标,计算了结构在主余震序列作用及仅主震作用下的结构塑性耗能、最大残余层间位移角的增量损伤比及Karl Pearson相关系数;分析了主余震序列作用下结构塑性耗能及最大残余层间位移角的特点和地震动强度指标与增量损伤比的相关性。结果表明,主余震序列作用加剧了结构损伤,其塑性耗能增量平均达24%~28%;主余震序列作用下结构最大残余层间位移角有可能增大,也有可能减少。基于塑性耗能的结构主余震增量损伤比与PGV、SED、SI等速度相关的地震动强度表征指标均表现出了较强的相关性,可考虑作为选择和调整主余震序列作用地震波的指标;基于最大残余层间位移角的结构主余震增量损伤比则与地震动强度指标相关性较弱。

一种聚合阻尼耗能结构理论模型与地震响应研究

针对高层框架核心筒剪力墙结构体系在地震作用下层间位移小,阻尼器难以发挥较好耗能作用的问题,基于内核心筒和外围框架结构的变形特点,在框架核心筒的聚合变形位置设置位移放大型高效阻尼器(SDA),形成了聚合阻尼耗能结构体系(NSD)。分析了位移放大阻尼器的耗能力学性能,提出了普通型黏滞阻尼器(VD)和放大型黏滞阻尼器的阻尼力及耗能理论公式。设计制作了3倍位移放大型黏滞阻尼器和普通黏滞阻尼器的试验模型,进行正弦波往复加载试验,得到不同试验工况下黏滞阻尼器的滞回耗能曲线,并将理论曲线与试验曲线进行了对比,验证了力学模型的正确性;对比SDA与VD的耗能效果,得出在相同位移下,SDA比VD滞回曲线更加饱满、耗能更为显著。进一步对一栋聚合阻尼耗能结构进行地震响应分析,结果表明与传统结构相比,聚合阻尼耗能结构具有良好的减震性能。

采用消能连梁的高层结构整体分析与试验研究

消能连梁采用阻尼器耗能,保护混凝土主体结构,是近年来发展出来的一种有效的高层结构消能减震体系。本文针对带消能连梁的框架剪力墙结构体系进行整体有限元分析,研究了具有不同层数的框架剪力墙结构地震响应,分析消能连梁的能量耗散情况和对整体结构动力响应的控制效果,研究表明消能连梁能够分别降低首层墙肢和框架的能量耗散的65.5%和39.0%,同时可降低结构35.4%-42.0%的层间位移角和41.0%-44.4%的基底剪力。随后对某一18层高层建筑进行了子结构混合试验研究,试验体底部为6层联肢墙,采用1/3缩尺,其余结构分为上部剪力墙数值子结构和框架数值子结构,分别采用ABAQUS软件进行分析,三者协同工作,共同完成大震响应模拟。子结构混合试验结果表明,消能连梁可有效降低结构的整体响应,层间位移角降低16%、基底剪力降低21%。同时可控制连梁损伤,提高结构耗能能力。

保温墙模带缝剪力墙非线性有限元分析

适应建筑节能、墙材革新等政策的要求,提出一种新型保温承重结构体系——免拆保温墙模带缝剪力墙体系。运用有限元分析程序ANSYS对该体系剪力墙进行非线性分析。通过建立合理的力学模型,模拟分析了在水平荷载作用下带缝剪力墙构件的抗震性能,并与传统剪力墙对比,比较了两种剪力墙的裂缝开展与分布、应力应变特点、刚度、刚度衰减系数及延性系数,通过比较分析了带缝剪力墙在破坏模式、骨架曲线及刚度退化等方面的特点和规律。分析结果表明:开缝可以改变墙体的破坏形态,降低构件的刚度,同时可以提高构件的延性,增大其耗能能力。该文研究成果可以为保温墙模带缝剪力墙的工作性能评价和安全设计提供理论依据。

带缝钢筋混凝土高剪力墙抗震性能研究

阐述并总结了作者新近研制的一种抗震自控结构——带缝钢筋混凝土高剪力墙的设计概念和相关研究成果；分析评估了影响带缝剪力墙性能的主要因素，指出了作为结构关键控制部件——沿缝槽方向的剪连结对结构整体抗震表现的至关重要的作用，当剪连结的设计恰当时，即可使其在地震中吸收最多地震能量。

免拆保温墙模带缝剪力墙体系的抗震动力分析

免拆保温墙模复合剪力墙的研发为保温节能住宅的发展开辟了新的道路。通过建立符合实际工作情况的三维空间有限元模型,利用有限元软件ANSYS对该结构体系试验楼进行结构抗震动力分析。结构抗震验算中,采用振型分解反应谱法进行地震作用下结构强度验算,采用时程分析法进行弹性变形计算,找到该结构的破坏模式,同时建立传统剪力墙模型与试验楼模型进行对比。分析结果表明保温墙模带缝剪力墙结构较普通剪力墙结构自重减轻、自振频率减小,因而减轻了结构的地震作用反应。在小震作用下,该结构体系弹性层间位移角很小,结构抗侧刚度大,抗震能力较强。该文研究结果可以为设计安全、经济、适用的结构提供理论依据。

基于能量原理的外钢框架-内剪力墙结构地震响应预测法

利用能量法研究了外钢框架-内剪力墙结构的地震响应.文中设计了一个钢框架结构,将其中跨满布剪力墙,得到外钢框架-内剪力墙结构.对其进行简化,并利用能量法和非线性动力时程分析法对其进行地震响应分析.结果表明,能量法预测的外钢框架-内剪力墙的地震响应与非线性动力时程分析法的计算结果相差不多,可以为实际工程提供参考.

半装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验

为综合评价现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了2榀1∶2的2层2跨混凝土框架-剪力墙结构模型试件,并对其进行了低周反复荷载试验.对比研究了这2榀试件的破坏机制、破坏过程、滞回性能、位移延性和耗能能力等抗震特性.试验结果表明,半装配试件与现浇试件具有相近的开裂位移、裂缝开展形态、破坏模式、耗能能力和侧向承载能力,但半装配试件的延性略低,在不同承载状态下的水平荷载也略低.现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的整体性较好,在地震中具有可靠的抗倒塌能力.

剪力墙分缝对高层混合结构地震反应的影响

以钢框架-钢筋混凝土实体剪力墙混合结构为对象,通过分别开设一道和两道竖缝,分析它们在不同类型地震波下的地震能量反应,结果表明,剪力墙竖向开缝可以减少结构在地震作用下的滞回耗能量,并使滞回耗能区域过于集中于底部剪力墙的问题得以明显改善,使得耗能性能更为优越的钢构件能够承担相当部分的滞回耗能;分缝越多,改善效果越为明显。

带分离式软钢耗能器开缝组合墙核心筒结构抗震性能研究

为了控制剪力墙尤其是核心筒剪力墙由于高宽比较小,地震作用下剪力墙底部损伤严重,提出带分离式软钢耗能器开缝组合墙,研究表明带软钢耗能器开缝组合墙是以弯曲破坏为主、延性较好的抗侧力构件。以一典型框架-核心筒高层结构为研究对象,以带软钢耗能器开缝组合墙替代部分传统剪力墙,从结构整体响应、构件材料损伤、结构耗能、地震易损性等方面对比组合墙结构与传统低矮剪力墙结构的抗震性能差异。分析结果表明:带软钢耗能器开缝组合墙核心筒结构与普通核心筒结构抗侧刚度相当。强震作用下,与普通剪力墙核心筒结构相比,开缝组合墙核心筒结构的底层剪力墙耗能减少44%,核心筒混凝土最大压应变下降29%,避免了结构出现严重损伤,显著降低了耗能过于集中底层剪力墙。对比两结构地震易损性,开缝核心筒结构在轻微损伤、中度损伤、严重损伤三个性能水准下的超越概率比普通核心筒结构分别下降了9.22%,65.24%,84.59%。研究证明了在高烈度区,以带软钢耗能器开缝组合墙替代核心筒结构剪力墙,可以有效解决强震作用下核心筒底部剪力墙损伤严重问题,框架-核心筒结构可以获得更高性能水准。

基于能量理论的钢筋混凝土框架-剪力墙结构非线性地震反应分析

本文从能量的观点出发提出了钢筋混凝土框架--剪力墙结构非线性地震反应,在计算中采用了五分段刚度的杆单元模型和考虑各垂直杆剪切刚度的多垂直杆单元模型,并考虑了杆件的轴力--弯矩的相互作用及P-△效应的影响。算例分析表明,结构的能量反应分布与阻尼模型的选取密切相关,结构的地震反应及破损过程与结构能量的吸收、耗散过程存在着密切的关系。

极罕遇地震下框剪结构的混合减震控制

为进一步研究极罕遇地震下建筑结构的抗震性能,以框剪结构工程为例,选取7条地震动作为激励,在MIDAS软件中建立三维模型,在考虑性能的抗震设防下,采用粘滞阻尼器和防屈曲耗能支撑(BRB),对非减震结构和减震结构进行弹塑性动力时程分析,对比结构在极罕遇地震下的计算结果,并且研究极罕遇地震下的抗震性能。分析表明:结构层间位移角和层间剪力均有明显降低,减震效果明显,构件性能均有明显的改善,并且满足预期的性能要求。混合消能减震结构在极罕遇地震下有着很好的减震效果,能有效的提高结构整体的抗震性能,改善结构构件的损坏状态,提高结构安全性能。

钢筋混凝土框架—剪力墙结构在地震作用下的能量反应分析

从能量的观点出发分析了钢筋混凝土框架—剪力墙结构非线性地震反应.在计算中采用五分段模型和考虑各垂直杆剪切刚度的多垂直杆单元模型,并考虑了杆件的轴力—弯矩的相互作用及P-D效应的影响.算例分析表明,结构的地震反应与破损过程和结构能量吸收与耗散过程存在着密切的关系.

预制混凝土剪力墙隔震结构振动台试验研究

为研究预制混凝土剪力墙(PCSW)隔震结构的抗震性能,设计了1个1/4缩尺结构模型,通过改变边界条件形成两种结构,分别为PCSW隔震结构及非隔震结构,并对其进行振动台试验。通过对结构动力特性和地震反应的对比分析,研究了PCSW隔震结构的减震效果和耗能特性。结果表明:高阻尼隔震支座具有较小的水平刚度,降低了PCSW隔震结构的自振频率;高阻尼隔震支座具有良好的耗能性能,提高了PCSW隔震结构的阻尼比;随着输入峰值加速度的变化,PCSW隔震结构的频率和阻尼比具有良好的稳定性;PCSW隔震结构的加速度、层间位移、基底剪力隔震效果明显;在输入峰值加速度400 gal时,顶层绝对加速度减震率达65%,顶层层间位移减小率达60%,基底剪力隔震率达48%;随着输入峰值加速度的增大,PCSW隔震结构的基底剪力隔震率呈增加趋势。

填充粘弹性材料剪力墙结构非线性有限元分析

基于被动控制的设计概念,该文在开缝剪力墙的基础上,在缝槽中填入粘弹性材料,并将这种构件应用到一幢八层钢筋混凝土剪力墙结构中。基于通用有限元软件ABAQUS,建立了该结构的弹塑性有限元模型,并对其在地震下的性能进行了数值模拟,重点研究了墙体开缝对结构地震反应的影响,以及缝槽中填充粘弹性材料对结构的控制作用。研究结果表明,墙体开缝降低了结构的刚度,增大了结构的位移反应,但开缝对减小结构底部反应及改变结构损伤分布有利。而缝中填充粘弹性材料后,可有效的控制结构的地震反应,减小结构的损伤,具有良好的实际应用意义。