具有自复位能力的双重耗能框架摇摆墙结构体系抗震性能分析

摘要

通过对大量建筑的震后研究发现，传统框架剪力墙结构存在底部剪力需求过大的问题，在地震作用下墙底容易由于剪力过大而发生破坏，结构整体耗能能力不足且框架与剪力墙之间的连梁容易出现脆性剪切破坏。在此背景下，本文提出了一种具有自复位能力的双重耗能框架摇摆墙结构，有效的减小了结构在地震作用下的动力响应，且震后结构残余位移得到有效控制。本文通过理论分析和公式推导对该结构进行了静力分析，并借助ABAQUS有限元软件对该结构进行了非线性动力时程分析，对其抗震性能进行了研究，总结论证了该结构相比传统框架剪力墙结构的抗震性能优势，同时通过对各影响因素进行变参数分析，总结了各影响因素对结构抗震性能的影响。具体研究内容和成果如下： (1)通过静力分析和公式推导给出了本文新型结构的自复位条件，推导出了该结构的基本方程和结构体系内力与位移的解析表达式，分析了水平静力作用下金属阻尼器和预应力钢绞线对结构水平位移和剪力需求的影响。 (2)以本地区某典型框架剪力墙结构为原型，利用ABAQUS建立了框架剪力墙结构、双重耗能框架摇摆墙结构和具有自复位能力的双重耗能框架摇摆墙结构的有限元分析模型，选取了六条地震波对三种结构进行非线性动力时程分析和对比。结果表明，本文提出的具有自复位能力的双重耗能框架摇摆墙结构可以有效降低结构的地震响应，显著改善了传统框架剪力墙结构墙底剪力需求过大的问题，楼层峰值加速度最多降低了51％，且震后残余位移得到有效控制，在摇摆墙内设置预应力钢绞线可以进一步降低框架的地震响应，与静力分析结果基本一致。 (3)对本文具有自复位能力的双重耗能框架摇摆墙结构底部金属阻尼器、侧向屈曲约束支撑以及自复位装置的各种影响因素进行了变参数分析，主要包括对金属阻尼器刚度、屈曲约束支撑刚度和钢绞线初始预应力大小进行了变参数分析，总结了三大要素的参数变化对新型结构抗震性能的影响。结果表明，本文新结构在金属阻尼器刚度为11×109·m/rad、屈曲约束支撑屈服强度为0.6且预应力为极限强度的50％时的结构地震响应最小。 (4)研究分析了预应力钢绞线的布置位置、截面面积以及预应力大小对新型结构整体抗震性能的影响，总结了其参数变化对底部阻尼器转角、钢绞线应力变化以及摇摆墙残余位移大小的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 框架摇摆墙结构体系国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3相关课题研究现状小结

1.4本课题研究内容

1.5 技术路线

第2章 静力分析

2.1引言

2.2 本文新型结构简介

2.3新型结构体系受力机理分析

2.3.1 自复位条件分析

2.3.2 摇摆墙受力分析

2.4 自复位耗能摇摆墙结构的基本方程

2.4.1 自复位耗能摇摆墙铰接体系

2.4.2 自复位耗能摇摆墙刚接体系

2.4.3 基本方程的简化与求解

2.4.4 自复位耗能型框架摇摆墙结构内力与位移计算

2.5算例分析

2.5.1 分析对象

2.5.2 计算结果对比分析

2.6本章小结

第3章 具有自复位能力的双重耗能框架摇摆墙结构抗震性能分析

3.1 引言

3.2 计算模型的确立

3.2.1 原结构基本信息

3.2.2 本文新型结构的设计思路

3.3有限元模型的建立

3.3.1有限元软件ABAQUS简介

3.3.2 模型基本构件的选择与布置

3.3.3建立2D有限元模型

3.3.4 混凝土的本构模型

3.3.5 BRB本构模型

3.3.6墙底金属阻尼器本构模型

3.3.7预应力钢绞线的本构模型

3.3.8 钢绞线中的预应力基本模型

3.3.9 边界及接触条件

3.4动力弹塑性时程分析及地震波的选取

3.4.1动力弹塑性时程分析

3.4.2 地震动记录的选取

3.4.3有限元模型的建立

3.5 抗震性能分析

3.5.1 结构基底剪力对比

3.5.2 结构楼层侧向水平位移对比

3.5.3 结构楼层峰值加速度对比

3.5.4 框架结构层间位移角对比

3.6 底部金属阻尼器及BRB受力分析

3.6.1 底部金属阻尼器屈服情况

3.6.2 BRB屈服情况

3.7 摇摆墙残余位移对比

3.8 本章小结

第4章 耗能构件与自复位装置参数对抗震性能的影响

4.1引言

4.2 金属阻尼器扭转刚度对结构抗震性能的影响

4.2.1 金属阻尼器扭转刚度对结构基底剪力的影响

4.2.2 金属阻尼器扭转刚度对楼层水平位移的影响

4.2.3金属阻尼器扭转刚度对楼层峰值加速度的影响

4.3 BRB屈服强度对结构抗震性能的影响

4.3.1 BRB屈服强度对结构基底剪力的影响

4.3.2 BRB屈服强度对楼层水平位移的影响

4.3.3 BRB屈服强度对楼层峰值加速度的影响

4.4 预应力对结构抗震性能的影响

4.4.1 预应力大小对结构基底剪力的影响

4.4.2 预应力大小对楼层水平位移的影响

4.4.3 预应力大小对楼层峰值加速度的影响

4.5本章小结

第5章 自复位装置的影响因素分析

5.1 引言

5.2参数设置

5.3 钢绞线初始预应力大小对结构体系的影响

5.3.1 预应力大小对摇摆墙残余位移的影响

5.3.2 预应力大小对金属阻尼器转动角的影响

5.3.3 预应力大小对钢绞线应力变化的影响

5.4 钢绞线截面面积对结构体系的影响

5.4.1钢绞线截面面积对摇摆墙残余位移的影响

5.4.2钢绞线截面面积对金属阻尼器转角的影响

5.4.3钢绞线截面面积对其应力变化的影响

5.5 钢绞线布置位置对结构体系的影响

5.5.1钢绞线布置位置对摇摆墙残余位移的影响

5.5.2钢绞线布置位置对金属阻尼器转角的影响

5.6 预应力对耗能装置的影响

5.6.1 预应力对耗能装置的影响在框架底部总剪力上的体现

5.6.2 预应力对耗能装置的影响在墙底剪力上的体现

5.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢