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.     

设置碟形弹簧的框架-摇摆墙结构抗震性能试验研究

受控摇摆墙通常采用预应力筋的形式实现,预应力筋基础锚固施工困难,墙体摇摆幅度很小且易与基础发生碰撞。为解决上述问题,研发了一种受控摇摆墙,主要通过基于碟形弹簧的装置实现墙体的受控约束,墙体与主体框架、基础分别采用耗能连接件和V形支撑连接。设计制作了缩尺比为1∶2的对比框架与框架-摇摆墙试件,通过低周往复加载试验研究其抗震性能、破坏模式和自复位特性。结果表明,设置碟形弹簧的框架-摇摆墙较对比框架承载力提高了107. 1%,且具有更好的刚度退化性能与耗能性能,框架结构的变形模式得到改善,使得各层的层间位移趋于均匀。连接件是影响框架-摇摆墙结构耗能及协调层间变形的关键,应进一步研究其改进措施及优化设计。     

设置碟形弹簧的框架-摇摆墙结构抗震性能试验研究

受控摇摆墙通常采用预应力筋的形式实现，预应力筋基础锚固施工困难，墙体摇摆幅度很小且易与基础发生碰撞。为解决上述问题，研发了一种受控摇摆墙，主要通过基于碟形弹簧的装置实现墙体的受控约束，墙体与主体框架、基础分别采用耗能连接件和V形支撑连接。设计制作了缩尺比为1∶2的对比框架与框架-摇摆墙试件，通过低周往复加载试验研究其抗震性能、破坏模式和自复位特性。结果表明，设置碟形弹簧的框架-摇摆墙较对比框架承载力提高了107.1%，且具有更好的刚度退化性能与耗能性能，框架结构的变形模式得到改善，使得各层的层间位移趋于均匀。连接件是影响框架-摇摆墙结构耗能及协调层间变形的关键，应进一步研究其改进措施及优化设计。     

型钢阻尼器在双肢摇摆墙结构中的作用研究

本文对菱形开孔H型钢阻尼器进行研究,通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,验证了此种阻尼器具有良好的滞回性能;对某12层框架结构、框架-双肢摇摆墙混凝土连梁结构和框架-双肢摇摆墙菱形开孔H型钢阻尼器结构进行动力时程分析,通过不同工况的分析结果表明,菱形开孔H型钢阻尼器加入双肢摇摆墙结构中,达到了双肢摇摆墙结构对阻尼器小震屈服、中震耗能、大震更换的要求;平均了结构层间位移角,减小了结构层间加速度、结构顶点位移,使双肢摇摆墙结构具有更加良好的抗震性能。     

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.     

装配式摇摆墙-框架结构抗震性能试验研究

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性,设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系,在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接,摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构,同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能,设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架,其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好,金属阻尼器耗能效果得到充分利用,结构承载力、耗能能力大幅增加;在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移,对整体结构的抗震性能产生一定影响,后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。     

Experimental study on seismic performance of prefabricated rocking wall frame structure

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性，设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系，在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接，摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构，同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能，设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架，其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好，金属阻尼器耗能效果得到充分利用，结构承载力、耗能能力大幅增加；在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移，对整体结构的抗震性能产生一定影响，后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。     

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。     

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。     

摇摆减震框架结构抗震性能试验研究

摇摆防屈曲支撑-框架新型结构体系是通过将防屈曲支撑框架柱端与基础断开并在柱脚设置耗能阻尼器,以放松支撑框架柱端与基础之间的受拉约束,在强烈地震中允许支撑框架柱端抬起,产生结构摇摆。通过对一榀固接防屈曲支撑-钢筋混凝土框架与两榀摇摆防屈曲支撑-钢筋混凝土框架进行拟静力试验对比研究,得到:摇摆防屈曲支撑结构滞回曲线饱满,耗能能力良好;层间位移角达到1/150时,摇摆柱脚抬起,基底剪力减小,柱脚裂缝数量减少,变形能力增强;摇摆防屈曲支撑结构具有防屈曲支撑、耗能阻尼器、框架梁、柱等多道抗震防线,整体抗震性能好。     

框架-自复位墙结构抗震性能的研究

具有自复位及摇摆特性的结构体系是近些年来提出的新型结构体系,相对于传统的框架和剪力墙结构,这类结构在地震作用下结构的变形和损伤控制等方面具有独特的优势.利用通用有限元软件ABAQUS分别对具有相同框架部分和墙体布置的框架-剪力墙结构、框架-自复位墙结构和纯框架结构的有限元算例进行了静力弹塑性分析和弹塑性时程分析,通过对这三种结构体系的承载力、变形和结构耗能进行对比,来进一步说明框架-自复位墙结构的结构特点,最后通过弹塑性时程分析,对阻尼器对于框架-自复位墙结构抗震性能的作用进行了初步的探讨.     

摇摆墙连接方式对结构抗震性能的影响

在模型试验的基础上,运用SAP 2000软件对纯框架结构模型、内嵌式摇摆墙框架模型和外挂式摇摆墙框架模型进行静力非线性分析。结果表明:内嵌式摇摆墙与外挂式摇摆墙加固框架的抗震性能在结构的刚度、抗震承载能力、损伤特征、层间变形及变形集中程度等方面均有不同。摇摆墙与框架的连接方式不同对结构的抗震性能有明显的影响。     

山地掉层框架-摇摆墙结构抗震性能研究

竖向刚度不均匀是山地掉层框架结构的突出特点,其在地震作用下的动力反应特性与普通框架结构存在较大的差异,山地掉层框架结构在地震中易在上接地层出现层屈服破坏机制。为改善该类结构的抗震性能,在山地掉层框架结构外部附加底部铰接、具有一定转动能力的摇摆墙,形成山地掉层框架-摇摆墙结构体系。对3个总层数为七层的掉不同层不同跨的山地掉层框架摇摆墙结构进行动力弹塑性分析结果表明,附加摇摆墙的山地掉层框架结构的基本周期较原结构的相差不大。摇摆墙设置在不同位置的山地掉层框架摇摆墙结构动力反应特性不同。摇摆墙的加入能够均匀结构各层层间变形,有效改善山地掉层框架结构的抗震性能,可避免原薄弱层上接地层的破坏集中现象,实现了整体耗能机制。     

消能摇摆钢框架结构抗震性能的影响因素与设计方法

消能摇摆钢框架结构包含主体钢框架结构、摇摆结构和耗能阻尼器三部分。刚度较大的摇摆结构可以使主体钢框架在地震作用下发生均匀的层间变形,抑制薄弱层产生。布设于摇摆结构底部的阻尼器,能够耗散地震动能量,减小整体结构的地震反应,提高结构的抗震性能。文中对消能摇摆钢框架结构抗震性能的影响因素进行参数分析,并基于我国建筑抗震设计规范的原则提出了抗震设计方法。根据消能摇摆钢框架结构的受力机理,提出简化分析模型,通过弹塑性地震反应分析,验证简化模型的有效性。基于简化分析模型对无量纲参数进行参数分析,根据各参数的影响规律得到无量纲参数的建议范围。结合我国“三阶段”抗震设防要求,提出消能摇摆钢框架结构的设计方法,并结合算例进行验证。研究表明,消能摇摆钢框架结构抗震性能良好,设计合理的摇摆结构与阻尼器能够抑制钢框架的薄弱层、减小结构的地震反应。     

某医技楼消能减震设计及非线性分析

上海某医院医技综合楼项目为高层框架-剪力墙结构,采用了墙板式软钢位移型阻尼器的消能减震设计方案。为研究该方案的减震效果,利用ETABS、PKPM-SAUSAGE两种有限元软件对结构进行多遇地震和罕遇地震下的非线性时程分析,分析结果表明:PKPM、YJK等常规设计软件中等效支撑+附加阻尼比能够有效地模拟阻尼器的作用;通用有限元分析模型中非线性连接单元能有效地模拟阻尼器的作用;软钢位移型阻尼器在小震下开始屈服耗能并为结构提供附加阻尼比,采用规范法和能量法两种方法计算,计算结果表明,阻尼器能够为该高层框架-剪力墙结构提供1%的附加阻尼比;罕遇地震下,阻尼器充分耗能,且所有阻尼变形均不超过产品限值;采用消能减震方案后,结构抗震性能有了较大提高。     

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。     

框架-摇摆墙结构体系中连接节点试验研究

框架-摇摆墙结构是一种新型的抗震结构体系，摇摆墙与框架相连的节点构造是实现该结构体系的关键技术之一。为了推广框架-摇摆墙结构的工程应用，针对框架-摇摆墙结构的特殊性能要求设计了连接节点，并进行了试验研究。试验采用带隔震支座的钢框架模拟具有大变形能力的框架，设计制作了2片钢筋混凝土摇摆墙，利用该连接节点将框架和摇摆墙连接起来，形成框架-摇摆墙结构。通过不同加载模式的拟静力试验，验证了连接节点实现摇摆墙转动能力的可行性，并采用变形集中系数DCF评价了采用该连接节点摇摆墙对框架-摇摆墙结构的控制效果。试验结果表明：该连接节点可使摇摆墙在面内和面外均具备0.04 rad的转动能力；摇摆墙可使结构层间位移角趋于一致，对避免结构层间变形集中有良好的控制作用。     

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。     

方钢管混凝土框架内置十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

为了研究方钢管混凝土框架内置十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,分别对1/3缩尺比的单跨两层方钢管混凝土框架内置十字加劲薄钢板剪力墙和方钢管混凝土框架内置非加劲薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,得到了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等性能。结果表明:方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙具有较高的承载能力、抗侧刚度、良好的延性及耗能性能;十字加劲肋的设置降低了薄钢板墙的高厚比,有效抑制了薄钢板墙的面外变形,改善了薄钢板墙的受力性能,提高了其强度和刚度。     

基于变形和能量双参数损伤的消能摇摆架-框架结构抗震性能分析

为研究消能摇摆架对钢筋混凝土(RC)框架结构的损伤控制作用及其应用于工程抗震加固的可行性,对一栋五层设计有消能摇摆架-框架的RC混凝土框架结构,与设计有屈曲约束支撑加固的消能减震结构、设计有摇摆墙加固的抗震结构和基础隔震结构进行抗震性能对比,通过分析在近场脉冲地震动、近场无脉冲地震动和远场地震动作用下各结构的位移、耗能情况,计算各结构的楼层损伤指数。分析结果表明:消能摇摆架能够有效抑制RC框架结构层间变形发展,减少结构耗能,降低RC框架结构的损伤,可用于结构的抗震加固。