基于BRB耗能的新型框架-剪力墙双重结构体系抗震性能分析

摘要

传统框架剪力墙双重结构在建筑抗震结构体系中应用广泛，但在地震作用下钢筋混凝土连梁容易发生脆性剪切破坏，延性能力不足。针对这一问题，本文提出了一种新型框架剪力墙智能双重结构体系，其基本思想是将每个楼层的钢筋混凝土连梁替换成延性可变形耗能单元BRB，利用框架与剪力墙结构在水平地震作用下“剪切型”和“弯曲型”的不同变形模式，各楼层处的BRB发生相对运动而耗能，大幅度减小结构的楼层水平加速度和地震响应，从而提高整个结构体系的抗震性能，并实现损伤单元可替换，结构功能可恢复设计。 本文选取三条地震波，通过有限元分析软件ABAQUS对兰州地区某典型的6层传统框架剪力墙结构和对应的智能框架剪力墙双重结构进行弹塑性动力时程分析，重点研究了不同参数BRB、不同框架和剪力墙结构抗侧移刚度比和不同BRB布置方式对智能双重结构体系地震响应的控制效果，主要得出以下结论： （1）分析BRB不同参数对智能双重结构体系动力响应的影响。随着BRB屈服荷载（初始刚度）的增大，智能双重结构体系的各项地震响应先减小后增大，存在合理取值的BRB设计参数，即当BRB屈服荷载（初始刚度）取值为5%Fy～20%Fy范围内时，智能双重结构体系的各项地震响应与传统结构相比均有明显减小，且当BRB的屈服荷载（初始刚度）为10%Fy时，在所分析的BRB参数取值范围内，智能双重结构体系对其自身地震响应的控制效果最好，楼层峰值加速度最大可降低45.72%。 （2）新型智能双重结构体系与传统框架剪力墙结构相比，当BRB的屈服荷载设置为传统框架剪力墙结构连梁内力时，刚度小于连梁，智能双重结构体系的各层侧向位移有所增大，但当BRB屈服荷载的取值在合理区间时，由于BRB的耗能和“切断”机制减小了整个结构的峰值加速度响应，因此智能双重结构体系的侧向位移可以得到有效控制，并满足规范对整体结构的变形要求。 （3）分析三种框架和剪力墙结构不同抗侧移刚度比对智能双重结构体系动力响应的影响。建立新型智能结构体系动力响应峰值随BRB参数的变化曲线，其变化趋势均与（1）相同；另外，在本文计算的案例中，智能结构体系随着剪力墙和框架结构之间抗侧移刚度比的逐渐增大，地震响应呈逐渐减小趋势，但其减小幅度相差不大于10%。因此，在常见框架剪力墙结构相对刚度下，具体设计智能双重结构体系时可不考虑此影响。 （4）分析BRB参数沿结构高度均匀布置和倒三角布置方式对智能双重结构体系动力响应的影响。均匀分布结构各项地震响应随BRB参数变化的趋势与倒三角分布基本一致，变化趋势均与（1）相同；并通过对BRB均匀分布和倒三角分布的10%FyBRB智能双重结构体系地震响应的对比，BRB均匀分布模型的侧向位移明显减小，对薄弱层的控制有所改善。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外关于连梁研究工作进展

1.2.1 连梁的研究背景

1.2.2 可更换连梁的研究背景

1.2.3 国外研究现状

1.2.4 国内研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 技术路线

第2章 传统框架-剪力墙双重结构工作机理

2.1一般双重结构体系工作机理

2.2 框架-剪力墙双重结构体系工作机理

2.3 框架-剪力墙双重结构体系在水平荷载作用下的计算

2.3.1 框架-剪力墙结构双重结构体系在均布荷载作用下的计算

2.3.2 框架-剪力墙结构双重结构体系在倒三角荷载和顶部集中力作用下的计算

2.5 本章小结

第3章 框架-剪力墙智能双重结构体系动力响应分析

3.1 框架-剪力墙智能双重结构体系的基本概念

3.2 传统框架-剪力墙结构模型的基本信息

3.3 框架-剪力墙结构有限元分析模型

3.3.1 有限元模型的单元类型

3.3.2 混凝土本构分析模型

3.3.3 可更换耗能构件BRB的本构分析模型

3.3.4 有限元分析模型边界条件及构件间的接触定义

3.4 弹塑性动力时程分析方法与地震动记录选取

3.4.1 弹塑性动力时程分析简介

3.4.2 地震动记录选取

3.5 不同BRB参数对智能双重结构体系动力响应的影响分析

3.5.1 不同BRB参数智能双重结构体系模型的建立

3.5.2 原结构与智能双重结构体系的自振特性对比分析

3.5.3 不同BRB参数对结构加速度响应的影响

3.5.4 不同BRB参数对结构位移响应的影响

3.5.5 不同BRB参数对结构基底剪力的影响

3.5.6 不同BRB参数对框架结构层间位移角的影响

3.6 本章小结

第4章 框架和剪力墙的相对抗侧移刚度比对智能双重结构体系动力响应的影响

4.1 不同抗侧移刚度比对智能双重结构体系分析工况

4.2 不同抗侧移刚度比智能双重结构体系动力响应结果分析

4.2.1 不同抗侧移刚度比对结构加速度响应的影响

4.2.2 不同抗侧移刚度比对结构位移响应的影响

4.2.3 不同抗侧移刚度比对结构基底剪力的影响

4.2.4 不同抗侧移刚度比对框架结构层间位移角的影响

4.3 本章小结

第5章 BRB布置方式对智能双重结构体系动力响应的影响

5.1 不同BRB布置方式对智能双重结构体系动力响应的影响

5.2 不同BRB布置方式智能双重结构体系动力响应结果分析

5.2.1 不同BRB布置方式对结构加速度响应的影响

5.2.2 不同BRB布置方式对结构位移响应的影响

5.2.3 不同BRB布置方式对结构基底剪力的影响

5.2.4 不同BRB布置方式对框架结构层间位移角的影响

5.3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间的研究成果