钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能机制控制

对结构进行合理的耗能机制控制是实现其基于能量抗震设计的前提。根据我国现行规范设计了多个不同参数的钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例,并利用多条强震记录进行弹塑性时程分析,定量研究联肢剪力墙整体系数α、剪力墙截面轴向变形影响系数TZ、框架-剪力结构刚度特征值λ等3个参数对其耗能机制的影响,结果表明：对于一定的TZ,需控制α不超过相应的界限值才能使钢筋混凝土框架-剪力墙结构形成“强墙肢弱连梁”的合理耗能机制,而λ的变化不会改变结构耗能机制类型。在此基础上提出了由联肢剪力墙整体系数α和截面轴向变形影响系数TZ表达的钢筋混凝土框架-剪力墙结构耗能机制控制的具体设计条件,并通过水平分缝连梁的算例验证了该控制条件的有效性。     

钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能需求计算与设计流程

基于"强墙肢弱连梁"合理耗能机制控制的前提,提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计的实施流程。基于大量钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例的弹塑性时程分析结果,给出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各构件累积耗能需求的实用计算方法,包括结构总累积耗能E H,E H在连梁、墙肢和框架梁中的分配,各类构件累积耗能沿楼层高度的分布,同层同类构件的累积耗能分配。结合合理的构件损伤评价模型,建议了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各类构件的能力设计方法,将基于能量抗震设计方法落实到构件层次。最后,通过一个20层钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例,说明了所建议的基于能量抗震设计方法的具体应用。与时程分析结果的比较表明,所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好,且偏于安全。     

钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能需求计算与设计流程

基于“强墙肢弱连梁”合理耗能机制控制的前提,提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计的实施流程。基于大量钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例的弹塑性时程分析结果,给出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各构件累积耗能需求的实用计算方法,包括结构总累积耗能EH,EH 在连梁、墙肢和框架梁中的分配,各类构件累积耗能沿楼层高度的分布,同层同类构件的累积耗能分配。结合合理的构件损伤评价模型,建议了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各类构件的能力设计方法,将基于能量抗震设计方法落实到构件层次。最后,通过一个20层钢筋混凝土框架 剪力墙结构算例,说明了所建议的基于能量抗震设计方法的具体应用。与时程分析结果的比较表明,所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好,且偏于安全。     

连梁内设置竖向变形阻尼器的耗能剪力墙体系减震分析与设计

将钢筋混凝土联肢剪力墙在连梁跨中开缝,在缝中设置沿竖向变形的钢阻尼器,从而形成耗能联肢剪力墙体系。在强震作用下,耗能剪力墙中的阻尼器一方面适当削弱联肢剪力墙刚度以降低地震作用,另一方面阻尼器屈服后可耗散部分地震能量,从而减小墙肢及连梁的塑性损伤。将阻尼器与连梁组合为等效连梁,运用等效连续化方法对耗能剪力墙体系的刚度特性与阻尼特性进行了简化分析,对耗能剪力墙体系的减震机理进行了论证,并推导出体系关键参数的计算式。以阻尼器延性系数和联肢墙耦合比为设计控制指标,提出了该耗能剪力墙体系基于性能/需求的设计方法。设计实例表明：所提出设计方法简便可行;在参数设计合理的情况下,建议的耗能剪力墙体系具备良好的减震效果。     

罕遇地震作用下钢筋混凝土框架-剪力墙结构的耗能机制分析

为了确定钢筋混凝土框架 剪力墙结构在强震作用下的合理耗能机制,对多个结构算例进行多条强震记录作用下的弹塑性时程分析。通过分析总累积耗能在各类构件中的分配和各类构件耗能沿结构高度方向的分布模式,研究结构的典型耗能机制类型,讨论耗能机制与结构参数的关系,并对不同的耗能机制进行评价。结果表明,“强墙肢弱连梁”整体型耗能机制使结构具有良好的抗震性能,应作为结构耗能机制设计的目标,“强连梁弱墙肢”耗能机制则应予以避免;连梁与墙肢的相对刚度关系是影响结构耗能机制的关键因素,框架和剪力墙相对数量的改变则不会明显影响结构耗能机制。对具有小跨高比连梁的结构,建议采用连梁水平分缝措施引导结构形成“强墙肢弱连梁”耗能机制,并通过算例分析验证了该措施的有效性。     

带自复位耗能连梁的剪力墙结构的抗震性能

为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤,实现震后结构功能的快速恢复,提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁。新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器。以一榀10层双肢剪力墙结构为例,对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性阻尼器的联肢剪力墙和普通钢筋混凝土连梁的联肢剪力墙进行了动力时程分析,对比分析了不同阻尼器对联肢剪力墙结构的减震效果。结果表明:地震作用下,结构变形和耗能都集中在连梁阻尼器上,但新型自复位连梁阻尼器对结构地震响应的控制效果要优于粘弹性阻尼器,新型复合连梁阻尼器在地震过程中表现出较好的自复位及耗能能力。     

设置钢板混凝土连梁的混合联肢剪力墙结构抗震性能控制方法

设置钢板混凝土连梁的混合联肢剪力墙是将传统的钢筋混凝土联肢剪力墙中的混凝土连梁用钢板混凝土(PRC)连梁代替而形成的一种新型结构体系,联肢剪力墙结构抗震性能控制是目前尚未很好解决的问题之一。通过对国内外PRC连梁已有试验数据回归分析,提出了PRC连梁基于不同位移要求的所需配钢特征值计算式。以连续化方法的解析解为基础,以联肢剪力墙合理耦联率、层间位移角限值和PRC连梁的延性需求为约束条件,提出了该混合联肢剪力墙抗震性能控制方法。分析结果表明,设置PRC连梁的混合联肢剪力墙的抗震性能控制,宜根据结构整体位移延性需求及目标耦联率,确定PRC连梁的截面尺寸、剪力需求和内嵌钢板截面尺寸,以实现预期的屈服机制。     

钢骨混凝土连梁联肢剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

国内已有部分超高层建筑结构采用钢骨混凝土连梁联肢剪力墙,但现行规范尚未对其钢骨含钢率等控制参数给予明确规定。为此,对不同含钢率的钢骨混凝土连梁联肢剪力墙进行了低周反复荷载试验研究、ABAQUS有限元模拟以及变参数分析。分析结果表明：钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件的破坏模式、水平承载力、变形能力和耗能能力明显优于钢筋混凝土连梁联肢剪力墙;由ABAQUS参数分析结果可知,钢骨含钢率应控制在4%~8%之间,且宜增加连梁钢骨腹板的面积。     

联肢弯剪型钢板剪力墙抗震性能试验研究

联肢钢板剪力墙结构是将2片钢板剪力墙通过钢连梁连接形成的抗侧力结构。通过对1榀1/3缩尺的4层联肢弯剪型钢板剪力墙试件进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力及刚度退化、耗能能力等方面研究了该结构体系的抗震性能,并且对试件的屈服顺序和变形模式进行了分析。结果表明：联肢钢板剪力墙试件的延性系数达到5.03,承载力退化系数均大于0.96,承载力和刚度退化稳定,等效黏滞阻尼系数达到0.25以上,表明联肢弯剪型钢板剪力墙具有优越的抗震性能。加载过程中,连梁先于墙板发生屈服,墙板先屈曲后屈服,此后柱脚和横梁相继屈服。连梁的引入改变了结构的屈服机制,提高了整体的延性和耗能能力,能够组成多道抗震防线,且试件整体最终也体现出合理的破坏机制。整体侧移曲线呈弯剪变形模式。该试验研究更加贴合实际工程中联肢钢板剪力墙结构的应用情况,为联肢钢板剪力墙结构的进一步研究和应用提供了试验基础。     

罕遇地震作用下型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构耗能及损伤模式研究

采用有限元软件建立不同结构特性的型钢混凝土(SRC)框架-钢筋混凝土(RC)核心筒结构,考虑结构设计参数为墙整体系数、轴向变形系数及刚度特征值。为考察设计参数对框架-核心筒结构耗能及损伤模式的影响,进行罕遇双向地震作用下的弹塑性时程分析和非线性Pushover分析。研究表明:对于轴向变形系数越小、墙整体系数越大且刚度特征值越小的结构,在罕遇地震作用下其剪力墙可能发生不可控的耗能分布;通过分析结构中各类构件的屈服顺序及屈服发展形势,提出框架-核心筒结构的合理损伤模式,并给出设计建议。     

钢板混凝土联肢组合剪力墙结构抗震设计方法及试验研究

钢板混凝土联肢组合剪力墙是一种具有"双重防线机制"的优良抗震结构体系,其理论研究已经滞后于工程实践的发展,传统的基于强度的抗震设计方法难以从抗震耦合机制层面解决连梁和组合墙肢的匹配问题。为此提出以耦连比为基本设计参数,以连梁-墙肢"双重防线机制"为性能目标的钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震设计方法。基于此方法,设计原型结构,并按原型结构底部五层的联肢墙设计制作1∶4缩尺试件,对试件施加往复荷载,考察试件的整体屈服机制。试验结果表明,结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,实现了连梁-墙肢"双重防线机制",验证了该设计方法的合理性。     

考虑几何参数影响的联肢剪力墙抗震性能研究

耦联比是反映联肢剪力墙墙肢与连梁的耦合作用程度的重要参数。然而,耦联比与结构体系的非线性特征高度相关,导致在结构初步设计阶段难以确定。因此,有必要引入在初步设计阶段即可方便确定的其他参数。本研究采用连梁跨高比和墙肢高宽比来代替耦联比,设计了9个联肢剪力墙原型结构,利用增量动力分析方法,研究了连梁跨高比和墙肢高宽比对钢筋混凝土联肢剪力墙地震易损性特征和极限承载力的影响。采用双因子二次响应面法进一步揭示了连梁跨高比和墙肢高宽比的组合对联肢剪力墙整体性能的影响,得到响应变量的最优值,并利用曲线拟合找出连梁跨高比和墙肢高宽比最优关系。结果表明,连梁跨高比和墙肢高宽比可以有效地作为耦联比的补充,在初步设计阶段作为衡量钢筋混凝土联肢剪力墙的整体抗震性能的参数。     

Seismic design method and experimental study of composite steel plate-concrete coupled shear wall systems

钢板混凝土联肢组合剪力墙是一种具有“双重防线机制”的优良抗震结构体系,其理论研究已经滞后于工程实践的发展,传统的基于强度的抗震设计方法难以从抗震耦合机制层面解决连梁和组合墙肢的匹配问题。为此提出以耦连比为基本设计参数,以连梁-墙肢“双重防线机制”为性能目标的钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震设计方法。基于此方法,设计原型结构,并按原型结构底部五层的联肢墙设计制作1∶4缩尺试件,对试件施加往复荷载,考察试件的整体屈服机制。试验结果表明,结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,实现了连梁-墙肢“双重防线机制”,验证了该设计方法的合理性。     

基于ANSYS的不同截面形式带暗柱短肢剪力墙非线性分析

以五组钢筋用量和混凝土用量相同但截面形式不同的带暗柱钢筋混凝土短肢剪力墙结构非线性分析为研究背景,利用ANSYS分别对带暗柱的十字型、T型、L型、]型和Z型五种不同截面形式的钢筋混凝土短肢剪力墙进行单调荷载作用下的非线性分析,研究了不同截面形式的带暗柱短肢剪力墙的承载力、变形能力、刚度、延性、耗能等。分析结果表明,在钢筋用量和混凝土用量相同的情况下,不同截面形式的短肢剪力墙的性能不相同,其中]型和Z型的承载能力相对最好,十字型的延性和变形能力相对最强。在结构设计中,应根据实际需要选取合适截面形式的短肢剪力墙,使结构刚柔适中,经济合理。     

附加黏弹性可更换连梁的剪力墙结构抗震性能分析

为了减轻钢筋混凝土联肢剪力墙结构的损伤破坏,尽快恢复连梁的使用功能,提出将钢筋混凝土连梁跨中截断安装黏弹性剪切耗能型阻尼器,使其在小震、中震、大震作用下均可耗能以减轻对剪力墙结构的损伤破坏,震后可对阻尼器进行更换以恢复连梁的使用功能。基于ABAQUS有限元软件,以一榀12层联肢剪力墙为例,利用时程分析方法,得到联肢剪力墙结构的基底剪力、墙肢损伤、层间位移和顶点加速度等性能指标,通过对比分析安装阻尼器前后联肢剪力墙结构的地震响应指标,结果表明,附加黏弹性剪切耗能型可更换连梁的剪力墙结构可以有效控制结构的地震响应,减轻剪力墙的损伤破坏,实现震后功能的快速恢复。     

新配筋方案联肢剪力墙的有限元仿真分析

钢筋混凝土联肢剪力墙具有较好的抗震性能,是现代高层结构中常用的结构形式,而洞口连梁是墙肢之间的传力纽带,其强度、刚度和变形性能决定联肢剪力墙的抗震性能。因此设计高延性、良好塑性耗能的小跨高比连梁联肢剪力墙是国内外研究人员至今有待解决的问题之一。本文基于刘清山等人的试验研究,用ABAQUS非线性分析了沿连梁截面高度配置分层封闭箍筋,并在箍筋顶、底部纵筋靠近墙肢1/4梁高的长度范围内套上PVC套管,且墙肢底部约束边缘构件采用分段配箍、墙肢端部1/4墙宽度范围内纵筋外部套上PVC套管的新配筋方案。分析结果表明,新配筋方案不仅施工简便,结构的受剪承载力、延性和变形也有所提高。     

钢桁架连梁-联肢剪力墙耗能机理及抗震性能试验研究

对设置全钢桁架连梁和设置钢筋混凝土、钢桁架混合连梁的双层联肢剪力墙平面结构进行了拟动力试验和低周反复荷载试验,研究了不同工况地震波作用下剪力墙的时程响应,以及其破坏机理、承载力、滞回延性性能、耗能机理、刚度及强度退化机理。试验结果表明:全部设置钢桁架连梁的剪力墙的刚度分布合理,耗能机理及刚度强度退化机理符合联肢剪力墙抗震设计的要求。大震时,在保证较高耗能能力的同时能够维持较高的承载力和刚度,持续约束墙肢,抗震性能优于混凝土连梁联肢剪力墙体系,是一种较理想的连梁设置方案。     

新型跨中截断式可更换钢连梁设计与抗震分析

提出一种新型跨中截断式可更换耗能钢连梁的设计方案,利用有限元分析软件ABAQUS建立了新型跨中截断式可更换钢连梁的非线性有限元模型,并将设有新型钢连梁阻尼器的联肢剪力墙结构与传统钢筋混凝土连梁-剪力墙结构的变形云图、滞回曲线、骨架曲线以及层间位移作了对比分析。分析结果表明:设有新型阻尼器连梁的联肢剪力墙结构滞回曲线最外环所包含的面积大致为传统混凝土连梁-剪力墙结构的1.886倍,提高了结构的抗震性能,且具有较传统混凝土连梁-剪力墙结构更大的极限承载力和抗侧刚度,并具有震后灵活更换的优点。     

配筋砌块短肢砌体剪力墙抗震性能试验研究

在提出配筋砌块短肢砌体剪力墙结构概念的基础上,进行了两片T形截面配筋砌块短肢砌体剪力墙构件和一榀一字形截面配筋砌块短肢砌体剪力墙框架的低周反复荷载试验,研究了上述两种截面配筋砌块短肢砌体剪力墙的破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力。试验结果分析表明:三个试件在荷载作用下呈压弯破坏或弯剪破坏特征,受拉和受压钢筋均能达到屈服,同时灌芯砌体达到抗压强度极限值;配筋砌块短肢砌体剪力墙具有很好的抗震性能,其破坏特征、变形能力及耗能能力等均与钢筋混凝土短肢剪力墙相似;连梁能够有效提高结构的耗能能力,使整个结构更有利于结构抗震;砌块砌体与灌孔混凝土之间能够很好地共同工作,受压时两者变形能够互相协调,整个结构有着良好的延性和整体性,可作为替代粘土实心砖砌体结构和建设小高层结构的结构形式之一。     

螺栓钢板加固RC连梁联肢剪力墙抗震性能研究

连梁是剪力墙结构和框架剪力墙结构的第一道防线,如何通过提高连梁抗震性能进而提高既有结构整体抗震性能具有重要的研究意义。前期试验研究表明,带有钢板屈曲约束装置的RC连梁螺栓钢板加固法(LRSP加固法)可有效提升连梁的抗震性能,但这种方法对联肢剪力墙结构整体性能的提升尚不明确。为了研究LRSP连梁加固方法对整体结构抗震性能的影响,本文基于已开展的LRSP加固连梁的试验研究,提出了适用于加固前后连梁的宏观模型。结合剪力墙精细模型,提出了适用于联肢剪力墙结构的组合式模拟方法,揭示了采用LRSP方法加固前后联肢剪力墙结构的地震损伤机理。结果表明,LRSP加固方法可有效提高连梁的延性和耗能能力,从而提升结构的耗能能力,控制结构位移,减小结构损伤,显著提升联肢剪力墙的抗震性能。