密肋复合墙结构两阶段简化计算模型及结构随机地震响应分析

摘要

密肋复合墙结构是一种生态轻质、施工快捷、节能抗震的建筑结构新体系，具有广阔的发展前景。目前，该结构体系在多层以及中高层建筑中的理论研究与工程应用均取得了较好的阶段性成果。然而，作为一种新型装配整体式结构体系，由于其结构的复杂性和独特的受力特点使其在确定结构简化计算模型方面存在着一定的困难。本文在总结和分析己有研究成果的基础上，围绕密肋复合墙结构的两阶段简化计算模型展开研究工作，采用试验研究和数值分析的方法，着重对密肋复合墙结构的静力弹塑性、随机地震响应以及结构抗震性能评估方法等方面进行研究与分析。
　　 本研究主要内容及成果包括：⑴在基于分灾模式的抗震思想指导下，提出密肋复合墙结构体系为双重抗震结构体系，结合其结构的构造及受力特点，将结构分解为分灾兀件和主体结构，分灾元件是密肋复合墙扳，作为结构的第一道防线：隐型外框架(包括：外框柱、连接柱、暗梁以及现浇楼板构成的整体)为结构的主体，作为结构的第二道防线。⑵结合课题组前期密肋复合墙体的试验数据，从各部分功能关系的角度对比分析复合墙体中空框格墙板、复合墙板及组合墙板、带外框的单榀密肋复合墙体、联肢复合墙体的破坏过程和受力特点，从宏观角度探讨了密肋复合墙结构的协同工作机理，以及实现多道抗震防线的内在因素，为建立密肋复合墙结构的计算模型提供重要依据，并提出了适用于本结构的两阶段抗震设计方法。⑶在试验研究与分析的基础上,提出了密肋复合墙结构在弹性阶段的刚架等效弹性板简化计算模型，可用于结构的弹性内力及变形计算，以解决密肋复合墙结构第一阶段的设计计算问题。通过前期的复合墙体试验以及1/10比例10层密肋复合墙结构振动台试验，对试验模型进行了有限元模拟和分析，计算结果表明该计算模型具有一定的精度，能够较为真实地反映结构的受力特性。同时利用该力学模型，对已建成的密肋复合墙结构工程进行了弹性阶段的时程分析以及变形验算。⑷根据试验分析，提出了密肋复合墙结构在弹塑性阶段的刚架-等效斜撑计算模型，可用于结构的弹塑性计算分析，以解决密肋复合墙结构第二阶段设计的弹塑性变形验算、弹塑性时程分析以及抗震性能的评估等问题。将密肋复合墙板等效为斜向设置的支撑，确立了等效斜撑单元的宽度以及等效斜撑中塑性铰的设置。采用剐桀等效斜撑模型计算分析了模型结构并与振动台试验结果进行了对比分析，结果表明二者在各层加速度和位移的反应值吻合较好，监测点的侧向位移最大值也较为接近，说明刚架-等效斜撑模型能较好地模拟真实结构的动力特性及弹塑性变形情况，可用于密肋复合墙结构的弹塑性时程反应分析及弹塑性变形验算。⑸对美国规范FEMA-273目标位移法和ATC-40能力谱方法进行了评析，在对前期复合墙体试验模型进行Pushover分析的基础上，探讨了侧向力分布模式对密肋复合墙结构的适应性。将ATC-40能力谱方法应用于密肋复合墙结构的抗震性能评估中，并通过实例分析,结合我国规范给出了具体的实施步骤和过程，并在该方法的基础上，探讨了一种直接利用我国规范设计反应谱对结构进行抗震性能评估的简化方法。⑹对多维地震动的平动与转动分量和多维地震动模型及相关性的研究方面予以总结和讨论，并选用Clough-Penzien谱作为地震动平动分量，采用李宏男等提出的转动功率谱数学模型作为地震动转动分量对密肋复合墙结构进行了随机响应分析，对比分析了单维以及多维地震动作用下密肋复合墙结构的随机响应特征。
　　 本文的创新之处在于：①在基于分灾模式抗震设计思想的基础上提出了密肋复合墙结构两阶段的抗震设计方法。将密肋复合墙结构分解为主体结构和分灾元件，提出在二者不同受力阶段采用不同的计算模型，用于结构两阶段的抗震设计，并给出了两阶段抗震设计方法的主要流程。②提出了密肋复合墙结构的刚架-等效弹性板及带塑性铰的刚架-等效斜撑计算模型。在试验研究的基础上提出了适用于密肋复合墙结构弹性阶段的刚架-等效弹性板计算模型，解决了结构的弹性内力计算、变形验算以及设计问题；将密肋复合墙板等效为带塑性铰的斜撑，确定了等效斜撑的宽度以及塑性铰的设置，解决了结构的非线性内力及变形验算问题。③采用刚架-等效斜模型，探讨了ATC-40能力谱方法应用于密肋复合墙结构抗震性能评估的简化方法。将ATC-40能力谱方法应用于密肋复台墙结构的抗震性能评估中，并在该方法基础上，建议了一种采用我国规范设计反应谱代替需求谱，采用结构的a-Teff谱代替能力谱对结构进行抗震性能评估的简化方法。④研究了密肋复合墙结构在单维以及多维地震动作用下的随机响应特征。采用Clough-Penzien谱作为地震动平动分量，采用李宏男等提出的转动功率谱数学模型作为地震动转动分量对密肋复合墙结构进行了随机响应分析，对单向、双向水平地震动输入、扭转地震动输入以及双向和扭转地震动输入共同作用下，对称以及非对称结构的随机响应特征进行了探讨。

目录

1 绪论

2 密肋复合墙结构基于分灾模式的两阶段抗震设计方法

3 刚架-复合弹性板力学模型

4 密肋复合墙结构刚架-等效斜撑力学模型

5 密肋复合墙结构静力弹塑性分析

6 密肋复合墙结构随机地震响应分析

7 结论与展望

致谢

攻读博士学位期间发表论文、参加的主要科研项目、科研获奖情况

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