含减震外挂墙板PC联肢剪力墙结构抗震性能研究

摘要

随着我国建筑工业化的迅速发展，预制混凝土夹心保温外墙板作为一种高性能外围护构件得到越来越广泛的应用。目前我国的单层整间预制夹心保温外墙板与主体结构间常用的连接方式为顶部通过钢筋与上层梁板线连接，底部与下层梁板采用侧向角钢连接。这种连接方式导致外墙板与主体结构的连接不再是静定结构，二者之间的相互作用对直接与墙板相连的构件的受力性能、整个主体结构的动力特性和损伤机制以及外墙板本身的受力性能有不可忽视的影响。为了有效利用好这种相互作用来提升结构的抗震性能，本文从结构振动控制的角度切入，在已有设计基础上，提出在墙板与框架间采用上部双排钢筋线连接（避开梁端塑性铰区），底部设置U形钢板消能器的连接方式。采用这一连接方式，中大震作用下高性能软钢消能器可利用墙板与主体结构间的水平滑移变位耗能，从而达到减轻结构构件损伤，提升结构抗震性能的目的。
　　本文首先开展U形钢板消能器的拟静力试验，设计并制作了两组不同尺寸的U形消能器试件U-1和U-2，明确不同设计参数（如钢板直线段长度、钢板厚度和圆弧段直径）对其刚度、承载力、变形和耗能能力的影规律;试验结果表明:两个试件都是在钢板圆弧段和直线段过渡处发生屈服并耗能，且钢板厚度和圆弧段直径对消能器承载力和耗能能力有明显影响。其次又在试验基础上采用有限元软件Marc对U形钢板消能器的滞回过程进行了模拟，模拟结果表明:所采取的精细有限元建模方法能较好的模拟试件的反应情况。
　　本文接下来又设计并制作了一个上都采用钢筋线连接（避开梁端塑性铰区），底部设置U形钢板消能器的减震外挂墙板PC联肢剪力墙试件并进行了拟静力试验研究。试验结果表明:试件的破坏模式首先墙肢底部出现塑性铰，然后梁端部屈服，最后墙肢端部塑性铰区的混凝土被压碎破坏;上部避开塑料铰区域的线连接，底部通过消能器连接可以实现与普通外部墙板接头剪力墙相同的梁铰屈服机制;底部U形钢板消能器在试件位移3mm时屈服，早于剪力墙屈服时间。变形符合预期的履带式滚动模式，消能器与外挂板的螺栓连接牢固可靠，设计合理，安装质量满足要求;试件的位移延性系数介于3.62～3.94之间，满足设计要求。
　　在试验研究的基础上，采用Marc有限元软件对试件的受力过程进行了数值模拟分析，并将分析得到的骨架曲线、破坏模式、裂缝开展情况与试验结果进行了对比。分析结果与试验结果吻合良好，表明所建立的有限元分析模型可以较好的模拟试件的受力过程和破坏状态，可用于接下来的进一步研究。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 结构减震振动控制理念

1．2．1 被动控制

1．2．2 主动控制

1．3 金属消能器的减震特点

1．4 国内外研究现状

1．4．1 金属阻尼器研究现状

1．4．2 建筑结构内部安装金属阻尼器研究现状

1．5 本文的主要任务

第二章 U形钢板消能器试验研究

2．1 U形钢板消能器试件设计

2．2．1 拉伸试样

2．2．2 材性试验结果

2．3 试验加载

2．3．1 试验加载装置

2．3．2 试验量测内容及方法

2．3．3 试验加载制度

2．4 试验过程

2．4．1 试件U-1

2．4．2 试件U-2

2．5．1 滞回特性

2．5．2 骨架曲线

2．6 本章小结

第三章 U形钢板消能器数值模拟及理论分析

3．1 MSC．Marc简介

3．2．1 单元类型

3．2．2 材料本构的选取

3．2．3 接触体的设置

3．2．4 连接的设置

3．3 数值模拟结果

3．3．1 滞回曲线比对分析

3．3．2 钢材应力云图

3．3．3 有限元模拟总结

3．4 U形钢板消能器初始刚度及屈服力理论计算

3．5 本章小结

第四章 含减震外挂墙板PC联肢剪力墙结构拟静力试验

4．1 试验试件设计与制作

4．1．1 试验试件设计

4．1．2 试件制作的过程

4．2 试验试件材料强度

4．3 试验加载方案

4．3．1 试验加载装置

4．3．2 试验量测内容及方法

4．3．3 试验加载制度

4．4 试件破坏过程

4．5．1 滞回特性

4．5．2 骨架曲线

4．5．3 承载力、延性与变形能力

4．5．4 刚度

4．5．5 耗能能力

4．6 本章小结

第五章 含减震外挂墙板PC联肢剪力墙数值模拟分析

5．1 MSC．Marc建模分析方法介绍

5．1．1 材料本构

5．1．2 单元类型

5．1．3 非线性问题的分析求解方法

5．1．4 收敛判据

5．2 含减震外挂墙板PC联肢剪力墙数值模拟分析

5．2．1 有限元模型建立

5．3 数值模拟结果分析

5．3．1 荷载-位移曲线对比

5．3．2 试件破坏模式

5．3．3 钢筋应力情况

5．3．4 消能器钢材应变

5．4 不含消能器的外挂墙板预制混凝土剪力墙的抗震性能模拟分析

5．4．1 模拟结果比对分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况