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1、在我國(guó),住宅類(lèi)高層建筑大多采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系,隨著住宅產(chǎn)業(yè)化和建筑工業(yè)化的發(fā)展,預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)(precast concrete shear wall structure,簡(jiǎn)寫(xiě)為PCSW結(jié)構(gòu))將會(huì)得到廣泛的推廣和應(yīng)用。新型PCSW結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)及其抗震性能的研究業(yè)已受到學(xué)術(shù)界和工程界的廣泛關(guān)注。
基礎(chǔ)隔震技術(shù)是一種有效、經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)可行的結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)。國(guó)內(nèi)外多次地震經(jīng)驗(yàn)表明,采用基礎(chǔ)隔震技術(shù)可以有效提高房屋的抗震能力,使
2、房屋結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部設(shè)施免受地震損害。
本文創(chuàng)新性地提出一種新型裝配式剪力墻水平構(gòu)造連接方式,該構(gòu)造連接方式具有裝配簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)采用該種裝配式水平構(gòu)造連接的預(yù)制裝配式固結(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)(PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu))進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),研究裝配式水平構(gòu)造連接在地震作用下的受力性能;首次開(kāi)展預(yù)制裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)(PCSW隔震結(jié)構(gòu))的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究,對(duì)高阻尼隔震支座(high damping rubber bearing,簡(jiǎn)寫(xiě)為HDR隔震
3、支座)提高PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)抗震性能的有效性進(jìn)行分析。建立PCSW隔震結(jié)構(gòu)和PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的有限元模型,對(duì)兩者在地震作用下的地震響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬。在此基礎(chǔ)上,對(duì)PCSW隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行增量動(dòng)力分析,對(duì)其地震易損性和抗倒塌性能進(jìn)行研究。最后,提出PCSW隔震結(jié)構(gòu)直接基于位移的設(shè)計(jì)方法(direct displacement-based design,簡(jiǎn)寫(xiě)為DDB設(shè)計(jì)方法)。本文主要研究?jī)?nèi)容和所取得的主要研究成果包括:
(1)完成了設(shè)
4、有新型水平構(gòu)造連接的裝配式固結(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。
首先,創(chuàng)新性地提出一種新型裝配式剪力墻水平構(gòu)造連接方式,分析其受力機(jī)理,闡述其設(shè)計(jì)原理,提出其設(shè)計(jì)方法。然后,對(duì)設(shè)置有新型裝配式水平構(gòu)造連接的PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆剪力墻固結(jié)結(jié)構(gòu)(cast-in-situ concrete shear wall fixed structure,簡(jiǎn)寫(xiě)為CCSW固結(jié)結(jié)構(gòu))進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn),對(duì)比研究?jī)烧咴谀M地震作用下的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)。
5、研究表明,在模擬地震作用下,新型裝配式水平構(gòu)造連接工作性能良好,能夠滿足罕遇地震作用下的連接要求;PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)具有和CCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)相似的動(dòng)力特性、破壞模式和動(dòng)力響應(yīng)。
(2)首次開(kāi)展了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。
首先,對(duì)HDR隔震支座進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),分析其水平剛度和等效阻尼比;然后,對(duì)PCSW隔震結(jié)構(gòu)和PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn),通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和地震響應(yīng)的對(duì)比分析,研究了PCSW隔震結(jié)構(gòu)
6、的隔震效果和耗能特性。研究表明,PCSW隔震結(jié)構(gòu)的自振周期遠(yuǎn)小于PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的自振周期,PCSW隔震結(jié)構(gòu)的阻尼比遠(yuǎn)大于PCSW固接結(jié)構(gòu)的阻尼比。在模擬地震作用下,PCSW隔震結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)和位移響應(yīng)均遠(yuǎn)小于PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)地震響應(yīng)。
(3)自主編制了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的分析程序,并成功應(yīng)用于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的數(shù)值模擬。
基于OpenSees軟件,自主編制PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和PCSW隔震結(jié)構(gòu)的分析程序,對(duì)兩者在地震作
7、用下的彈塑性地震響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,自編程序能夠較好模擬PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和PCSW隔震結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為,數(shù)值模擬所得PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和PCSW隔震結(jié)構(gòu)的加速度和位移結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。隨著地震動(dòng)強(qiáng)度的增加,加速度及位移的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值之間的誤差逐漸增加。當(dāng)峰值加速度為400gal時(shí),計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差達(dá)11%左右。
(4)實(shí)現(xiàn)了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)的增量動(dòng)力分析,有效評(píng)估了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。
8、r> 選取遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)(FF地震動(dòng))、近場(chǎng)含脈沖地震動(dòng)(NFWP地震動(dòng))和近場(chǎng)不含脈沖地震動(dòng)(NFWNP地震動(dòng))對(duì)PCSW隔震結(jié)構(gòu)進(jìn)行增量動(dòng)力分析和易損性分析,揭示地震動(dòng)的近遠(yuǎn)場(chǎng)特性及HDR隔震支座的力學(xué)特性對(duì)PCSW隔震結(jié)構(gòu)抗震性能的影響;在此基礎(chǔ)上,評(píng)估PCSW隔震結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗倒塌能力。研究表明,HDR隔震支座的剛度硬化效應(yīng)對(duì)PCSW隔震結(jié)構(gòu)抗震性能的影響較小。在地震易損性分析中,PCSW隔震結(jié)構(gòu)和PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)宜選用第一
9、周期對(duì)應(yīng)的地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜值Sa(T1,ξ1)和Sa(TF,ξF)作為自變量形成結(jié)構(gòu)的概率地震需求模型。在FF地震動(dòng)、NFWNP地震動(dòng)和NFWP地震動(dòng)作用下,PCSW隔震結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力均大于PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。
(5)建立了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)直接基于位移的設(shè)計(jì)方法。
綜合考慮HDR隔震支座和裝配式剪力墻的受力特點(diǎn),確定PCSW隔震結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo);首次提出考慮上部剪力墻結(jié)構(gòu)處于彈塑性狀態(tài)的PCSW隔震結(jié)
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