内嵌CL墙板对框架结构抗震性能影响的研究

摘要

随着国家可持续发展战略的实施，绿色建筑在建筑领域中的比重得到迅速提高，建筑节能、环保、消防已成为建筑设计与施工项目的重点内容。外装饰材料、外墙保温材料、主体结构三者之间的有效可靠连接对外墙质量起着关键作用成为业内研究的热点，为解决三者的关系新型外墙材料得以迅速发展。CL墙板作为保温材料与主体结构一体化施工，保证了保温与墙体同寿命，具有较好建筑节能、环保和防火性能而得到迅速推广。 国内外大多数文献都集中在对CL墙板本身力学性能、热工性能以及和主体结构联接方面的研究，但对CL墙板作为填充墙材料对框架结构的抗震性能的影响却是极为少见，CL墙体和常规填充墙受力性能的差别导致其对主体结构的抗震影响能否按规范规定执行成为本文研究的主要内容，为了分析CL墙板框架结构受力性能为CL墙板框架结构的设计与施工提供一定的借鉴，本文主要研究内容和结论如下： （1）利用ABAQUS建立不同墙体材料的框架结构模型，并对其进行模态分析，结果表明：当加气混凝土砌块、砖砌块、CL墙板作为填充墙时，框架结构的自振周期比约为：T纯框架：TCL墙板：T加气块：T实心砖=1:0.73:0.64:0.58，与常规砌块填充墙相比，CL墙板对框架结构自振周期和刚度的影响较小，表明CL墙板框架结构更适用于抗震设计。通过对不同填充率及楼层层数的CL墙板框架结构进行模态分析，结果表明：CL墙板框架结构与纯框架结构自振周期比值基本稳定在0.663~0.818范围内，与建筑规范规定的周期折减系数（0.6~0.7）相比较吻合并留有一定的安全储备，因此对新型墙体CL墙板框架结构设计时，周期折减系数取值可按现行规范规定进行取值。 （2）选取El-Centro波、Taft波、唐山波三条实际记录波，采用动力弹塑性时程分析方法，模拟分析了CL墙板、加气混凝土砌块和实心砖作为填充墙材料时框架结构在多遇地震和罕遇地震作用下的抗震性能，对比分析了不同填充墙材料以及填充墙不同布置方式对框架结构的楼层位移、层间位移角和楼层剪力等方面的影响，结果表明CL墙板作为框架填充墙时相对于常规砌块作具有更好的抗震性能。 （3）对比分析了纯框架结构、底部未布置CL墙板的框架结构以及存在多个薄弱层的CL墙板框架结构在地震作用下的应力分布和结构损伤，结果表明在不同CL墙板布置方式下其结构损伤位置分别发生在楼层梁端部、楼层底部梁柱节点、薄弱层间柱子端；模拟分析了满布CL墙板框架结构在地震作用下的墙体开裂过程，深入了解其破坏机制，发现应力主要集中区域在墙板与柱和梁的连接部分，故在CL墙体框架结构设计时应加强该区域的配筋，为CL墙板合理设计提供参考依据，具有一定的实际工程意义。

目录

声明

1 绪论

1.1课题研究背景及研究意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外CL复合墙板的研究与应用情况

1.2.2 国内CL复合墙板的研究与应用情况

1.3 亟待解决的关键问题及课题提出

1.4 本文主要研究工作

2 填充墙框架结构数值模拟理论基础及算例验证

2.1 ABAQUS有限元模拟软件简介

2.1.1 ABAQUS总体介绍

2.1.2 ABAQUS的主要模块

2.2 钢筋混凝土结构的有限元模型

2.3 材料的本构模型

2.3.1 混凝土本构模型

2.3.2 钢筋本构模型

2.3.3 砌体本构模型

2.4 有限元模型验证

2.4.1 单元类型的选取

2.4.2 有限元模型的建立

2.4.3 数值模拟验证

2.5 本章小结

3 CL墙板框架结构动力特性分析

3.1 引言

3.2 模型概况

3.2.1 PKPM建模设计

3.2.2 研究模型选取

3.3 有限元模型的建立

3.4 结构动力特性分析

3.4.1 模态分析基本理论

3.4.2 ABAQUS模态分析方法介绍

3.5 模态分析

3.5.1 CL墙板数量对结构自振周期的影响

3.5.2不同墙体材料对框架结构周期折减比较分析

3.5.3楼层层数对CL墙板框架结构自振周期的影响

3.5.4自振周期数值模拟振型结果分析

3.6 本章小结

4 CL墙板框架结构抗震性能分析

4.1 动力弹塑性时程分析原理与方法

4.2 地震波的选取

4.2.1 地震波的选取原则

4.2.2 本文选用地震波参数确定

4.3. Rayleigh阻尼

4.4 多遇地震作用下结构动力响应分析

4.4.1 顶层位移时程分析

4.4.2 楼层位移分析

4.4.3 层间位移角分析

4.4.4 楼层剪力分析

4.4.5 CL墙板布置方式对结构破坏形态的影响

4.5 罕遇地震作用下结构动力响应分析

4.5.1 楼层位移分析与对比

4.5.2 层间位移与层间位移角对比

4.5.3 各楼层柱剪力对比分析

4.5.4 CL墙板框架结构裂缝发展研究

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢