密肋复合墙-剪力墙混合结构水平位移计算方法研究

密肋复合墙-剪力墙混合结构是把密肋复合墙与剪力墙组合起来,形成的一种新型联合抗侧力结构,有效解决了密肋结构在7度及以上地震烈度区建造高度、应用范围受限的问题。本文对水平荷载作用下复合墙-剪力墙结构的位移计算方法进行研究：依据Timoshenko梁基本理论,将密肋复合墙视为弯剪型悬臂墙,同时考虑其弯曲变形和剪切变形,采用变形连续化方法建立了结构体系的位移微分方程,以常见倒三角形荷载为例推导了密肋复合墙弯曲变形、剪切变形和结构总水平位移的解析表达式。算例分析表明：复合墙-剪力墙结构与框剪结构的刚度特征值、位移公式完全相容,后者可视为前者在复合墙抗弯刚度取无穷大时的一种特殊表现形式;结构侧移曲线呈现弯曲变形为主的弯剪型特征,但复合墙的剪切变形在总变形中占有一定比重,不应忽略。研究工作为复合墙-剪力墙结构的内力计算和抗震设计提供了基础。     

框支密肋复合墙结构地震易损性研究

地震易损性分析通过概率计算建立地震强度和结构损伤之间的关系,可以实现结构地震风险预测和评估。为了对框支密肋复合墙结构在不同地震强度下的抗震能力进行评估,该文采用OpenSEES有限元软件,选用密肋复合墙的刚架-等效斜撑简化模型,建立结构整体分析模型,基于增量动力时程分析(IDA)和易损性分析,研究不同参数的变化对结构抗震性能的影响。结果表明：转换层刚度比的变化对结构性能影响显著,结构竖向布置均匀对抗震有利,建议8度区框支密肋复合墙结构的刚度比取值为1.0～2.5;肋柱数量、砌块强度的变化可对结构的抗震性能产生影响,应合理选择;混凝土强度等级对结构的抗震性能影响较大,在实际应用中应在满足规范要求的前提下选择较大的混凝土强度等级。     

框架-密肋复合墙结构新体系研究

该文提出一种新型的嵌挂结合型密肋复合墙,不仅可以避免钢框架的外露腐蚀,同时外挂苯板可以起到保温隔热作用。钢框架与密肋复合墙体的受力和变形性能差别明显,在荷载作用下两者的受力变形模式和单独的构件受力时存在的差异需要通过二者的协同受力分析。因此该文建立钢框架-密肋复合墙协同体系的有限元模型,分析在不同墙体高宽比、不同开洞形式和不同框格数目下的结构整体受力性能,并通过滞回曲线、骨架曲线、耗散能量以及等效粘滞阻尼系数的分析,研究了墙体对整体结构性能的影响。     

框支密肋复合墙结构模型振动台试验研究

对1/6缩尺框支密肋复合墙结构模型进行振动台试验,研究结构模型经历弹性阶段、开裂直至破坏的不同阶段动力特性及反应。以El Centro波、Taft波、人工波为输入地震波,分别对设防烈度7度及8度多遇、基本、罕遇、超罕遇地震作用进行试验,研究模型结构在各阶段地震作用下加速度、位移、应变反应及破坏形式、破坏机理。试验结果表明,框支密肋复合墙结构转换层破坏模式为剪切型破坏,塑性变形主要集中在转换层;框支密肋复合墙结构各层绝对加速度响应主要取决于前两阶振型,高阶振型影响较小,其中第一阶振型起绝对控制作用。     

密肋复合墙结构体系抗震性能的试验研究

密肋复合墙结构独特的构造使结构在地震作用下表现出填块→框格→外框的破坏模式,实现对地震能量的分级释放,形成结构抗震的三道防线。为了探讨密肋复合墙体中各道抗震防线对抗震性能的影响,进行了2组复合墙体的试验研究。观察了墙体的主要破坏形态和破坏过程,分析了墙体的承载力、滞回特征、延性、刚度、耗能能力等抗震性能。研究表明：肋格约束下的填充砌块极限承载力明显提高,屈服位移减小,延性降低。加外框的墙体比不加外框的墙板承载力明显提高。屈服荷载之前主要为砌块开裂耗能,屈服荷载后主要为裂缝的开裂闭合及相互摩擦耗能,标准墙板中的砌块及墙板内裂缝分别受到肋格和外框的约束,摩擦耗能较为充分。在密肋结构中,可以通过调整每道防线的设计参数来改变三道抗震防线的发生顺序及耗能性能,实现三道抗震防线的量化设计。     

典型框架-核心筒单重与双重抗侧力体系的抗震性能与剪力分担研究

在中国规范体系下,框架-核心筒结构应设计为双重抗侧力体系,其对二道防线的设计有明确的规定,即框架-核心筒体系的框架部分必须具有足够的抗侧刚度和承载力。国外的一些规范（如美国规范ASCE7等）则允许单重抗侧力体系,即水平荷载由剪力墙承担,框架部分只承担竖向荷载。因此,为了比较单重与双重抗侧力体系的抗震性能,该文首先根据中国规范设计一典型框架-核心筒双重抗侧力体系模型,然后在保持结构重力荷载代表值相等（混凝土用量基本不变）的前提下,基于以下调整原则设计了框架-核心筒单重抗侧力体系模型：1）在双重结构体系的基础上取消结构二道防线,即取消结构框架部分的楼层剪力调整;2）为了减小框架构件截面尺寸,该研究取消了框架构件抗震等级的要求,使筒体承受大部分的水平地震作用,而框架只承担结构的竖向荷载。该文对比分析了两种结构体系在多遇和罕遇地震作用下的响应特征和构件损伤情况,进而讨论两种体系的倒塌机理以及抗倒塌性能。最后讨论单重与双重体系在不同地震水准下,框架所承担剪力和剪力分担比的变化情况以及对应关键构件的破坏情况。研究表明：在地震作用下,双重抗侧力体系结构的响应略大于单重抗侧力体系,两者的抗倒塌能力相当。然而,单重体系的用钢量比双重体系少。     

框支密肋壁板结构墙梁实用计算理论研究

结合课题组前期研究成果,对框支密肋壁板结构墙梁的计算方法进行研究。以弹性地基梁理论为基础,引用三角级数解析,给出框支密肋壁板结构墙梁内力理论计算公式,回归得出内力修正系数。总结出框支密肋壁板结构墙梁实用设计方法,为设计工作提供依据。     

密肋壁板结构简化计算模型对比分析

提要:密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套,使实体计算模型比较复杂,在结构计算中需要提出简化计算模型。结合课题组前期研究成果及现代高层结构计算理论,提出密肋壁板结构弹性阶段简化数值模型与解析模型。利用前期1/10比例振动台试验研究结果,采用刚架-复合弹性板模型对结构进行时程分析,并验证简化数值模型的正确性;利用解析模型和数值模型对实际工程进行对比分析,验证解析模型的合理性。理论与试验表明：采用刚架-复合弹性板模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的数值模型具有一定的理论依据和可行性;提出的框架-复合墙模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的解析模型较为合理,为实际工程提供了一种较为简化、实用的手算解析方法。     

改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究

框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定,但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定,并以一实际超高层建筑为例,改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型,进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明：改变剪力调整策略的新模型设计难度降低,抗大震性能与满足中国规范的原模型相当,且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。     

密肋壁板结构弹塑性计算模型研究

密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套,使实体计算模型比较复杂,故对于整体结构在地震动作用下的全过程受力分析,需提出结构的弹塑性简化计算模型。根据不同的分析目的,结合课题组前期研究成果,提出密肋壁板结构在弹塑阶段两种简化计算模型——刚架—等效斜压杆模型和刚架—整体斜撑模型。利用前期墙体拟动力试验研究结果,采用刚架—等效斜压杆模型对结构进行推覆及动力反应分析,验证模型的正确性;利用前期1/10比例振动台试验研究结果,采用刚架—整体斜撑模型对结构进行时程分析,验证刚架—整体斜撑模型的正确性。理论与试验表明：刚架—斜压杆模型具有一定的计算精度与实用性,适用于密肋复合墙体的非线性数值分析;刚架—整体斜撑模型兼顾高效性与精确性,适用于整体结构在大震下的弹塑性时程反应分析。     

多因素对剪内墙最优刚度影响的综合分析

本文在考虑剪力墙弯曲变形基础上，由框架边柱（墙）轴向变形、剪力墙剪切变形和连系梁不同联接等三种因素，分六种组合情况，分析框架－剪力墙结构中剪力墙的最优刚度。提出在工程实践中，可将以仅考虑剪力墙弯曲变形的简单计算模型计算得到最优刚度作为剪力墙布置依据。     

消能减震剪力墙结构体系的最优设计

提出了一种消能减震剪力墙结构最优阻尼比的设计方法.采用连续化方法,将剪力墙连梁处的阻尼器参数连续分布在墙肢上,从墙肢的微元体的力学平衡方程出发,建立了墙肢的动力偏微分方程,并映射成为双变量的常微分方程.求导建立最优函数方程,将两种极限状态参数代入最优函数方程,获得一个关于阻尼比的超越方程,用数值解法确定最优阻尼比.数值分析结果表明了设计方法的有效性.该设计方法的特点是物理概念明确,计算过程的物理信息不丢失,工作量少,可推广应用在高层建筑的消能减震设计中.     

钢筋混凝土剪力墙变形能力计算方法研究

为了确定钢筋混凝土剪力墙的变形指标,在考虑剪力墙构件高宽比、配箍特征值、轴压比和非线性剪切变形等影响剪力墙构件变形的因素之后,该文提出了一种剪力墙变形能力计算模型。该模型由受拉区、受压区及刚性域组成,称之为拉-压刚域模型。将该计算模型用于两组共12片剪力墙构件的变形指标计算,并将计算值与试验值进行了对比分析。结果表明,剪力墙构件顶点极限位移、极限转角、极限曲率以及顶点开裂位移、屈服位移和位移延性系数的理论值均与试验值吻合较好。对比结果验证了该文计算模型的有效性。     

剪力墙结构基于性能抗震设计的目标层间位移确定方法

结构层间变形的计算和性能水平的划分,是基于性能的抗震设计中确定目标位移的关键问题之一。该文根据剪力墙结构的受力特点,将楼层位移分为有害位移和刚体位移,将层间位移分为名义层间位移和有害层间位移;分析了剪力墙结构的名义层间位移、有害层间位移及楼层转角之间的关系,给出有害层间位移的近似计算公式并进行误差分析;对结构层间变形的计算方法进行改进,提出采用有害层间位移角作为剪力墙结构的性能指标,进行结构性能水平的划分,并采用有害层间位移角和顶点位移角两个参数来控制剪力墙结构的变形。最后,给出剪力墙结构目标层间位移的确定方法,以此确定其目标侧移曲线,可进行直接基于位移的抗震设计。     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件,基于Timoshenko两广义位移梁理论,建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明：“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布,得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。     

框-剪结构剪力墙可中断高度的分析研究

基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系,建立了考虑杆件P-Δ效应和剪切变形且能分析结构极限状态的非线性有限元法。将剪力墙当作特别杆单元,对不同高度、配筋、轴压比和刚度特征值的中断剪力墙的框-剪结构进行了静力弹塑性分析。设定可中断剪力墙高度的条件。计算表明:上部剪力墙中断的相对高度值的决定因素为结构顶部的位移;相对高度值与配筋和轴压比无关;与结构高度关系较小;随着刚度特征值的增加,相对高度值随之增加,并给出了两者之间的表达式。     

双向增强体复合地基桩土应力比计算

针对竖向增强体-水平增强体-桩间土的整体相互作用特点,将水平向加筋垫层视为具有一定刚度的板,竖向桩体及桩间土简化为刚度不同的弹簧系列。以单个竖向桩体影响范围内的复合地基作为典型单元体进行分析,基于Winkler弹性地基圆板理论推导出水平加筋体的挠曲函数表达式,导出双向增强体复合地基桩土应力比计算式。最后对某工程算例进行计算分析,对路堤荷载大小、工后沉降值、面积置换率、桩土刚度比进行了参数研究,并探讨了桩土应力比随其主要影响因素的变化规律,计算与实测结果吻合较好。     

一般应力比时焊接结构S－N曲线的预测方法

本文考虑了焊接结构的几何形状、受载形式、应力比、残余应力、尺寸效应以及材料等因素对疲劳寿命的影响，利用Ｐｅｔｅｒｓｏｎ公式和极值疲劳切口系数概念，建立了一般应力比时焊接结构Ｓ－Ｎ曲线的预估模型．文中对几类典型的焊接结构的Ｓ－Ｎ曲线进行了预测，预测值与实验结果符合较好．本文方法可以大量减少疲劳实验，具有一定的工程实用价值．     

考虑二阶效应时框一剪结构的简化分析

在高层建筑结构计算中，若结构的轴力较大而侧向刚度较小时，其二阶效应不可忽略。针对框一剪结构的二阶分析，本文推导出了一个非常简明的基本微分方程，在形式上，此方程只是一阶理论时框一剪结构基本微分方程的简单推广。此方程在应用上特别简便，此外，方程中的“二阶效应系数”正确反映了产生二阶效应的诸因素的影响。文末附有算例。     

框架—自复位墙结构弹性地震反应分析的简化方法

针对框架—自复位墙结构,将自复位墙假定为刚体,框架简化为多自由度体系,得到了“刚体—多自由度体系”简化分析模型,建立了地震激励下的运动方程,给出了相应的Simulink动态仿真模型。针对典型算例,在多条地震波激励下,分别采用该文提出的方法及ABAQUS有限元软件进行了弹性地震响应分析。总体上,二种方法得到的计算结果差别较小,表明该文所建立的简化分析模型具有较高的计算精度,同时具有很高的计算效率,能进一步应用于框架—自复位墙结构的抗震设计。