框支密肋壁板結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)分析及基于損傷性能的抗震能力評(píng)估方法研究.pdf

1、密肋壁板結(jié)構(gòu)是一種節(jié)能抗震的新型結(jié)構(gòu)體系，有著很好的應(yīng)用前景。目前，在多層及高層房屋建筑中的理論與應(yīng)用研究已取得了重要的階段性成果，但在底部大空間房屋建筑中的應(yīng)用研究還較為薄弱。特別是框支密肋壁板結(jié)構(gòu)屬于帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)，存在轉(zhuǎn)換層上下承載力和剛度的匹配問(wèn)題，對(duì)其抗震性能及抗震設(shè)計(jì)理論與方法的研究顯得尤為重要。本文以框支密肋壁板結(jié)構(gòu)為主要研究對(duì)象，引入基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想,圍繞著結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)分析和結(jié)構(gòu)基于地震損傷性能的抗震能力評(píng)

2、估兩個(gè)方面開(kāi)展了研究工作。著重對(duì)框支密肋壁板整體結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的非線性行為，破壞形態(tài)、滯回性能、耗能能力及損傷性能等進(jìn)行了較為深入細(xì)致的研究；對(duì)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)做一些初步的和基礎(chǔ)性的工作，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1針對(duì)課題組前期三榀1/2比例兩層兩跨和一榀1/3比例三層兩跨框支密肋壁板結(jié)構(gòu)模型的擬靜力試驗(yàn)，研究分析了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)在豎向和水平荷載共同作用下的破壞過(guò)程、破壞形態(tài)、承載能力、剛度退化、變形

3、性能、滯回延性、抗倒塌能力等抗震性能。利用擬靜力反復(fù)加載試驗(yàn)結(jié)果的滯回關(guān)系，以IARC程序仿真其力一位移模型來(lái)取得適當(dāng)?shù)臏匾?guī)則參數(shù)，為建立地震作用下的非線性計(jì)算模型提供依據(jù)。
　　 2.對(duì)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了水平地震作用下的非線性動(dòng)力分析。針對(duì)不同的分析內(nèi)容和目的，提出了不同的計(jì)算分析模型，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算模型的合理性和精確度進(jìn)行了驗(yàn)證。在非線性動(dòng)力分析中，對(duì)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)整體及構(gòu)件的動(dòng)力特性、地震響應(yīng)、整體屈服機(jī)制等

4、進(jìn)行了深入細(xì)致的分析，得到了一些規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。探討丁轉(zhuǎn)換層上、下剛度比對(duì)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，提出了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下剛度比的合理取值及底層抗震墻數(shù)量的確定方法，為工程設(shè)計(jì)提供參考。
　　 3.對(duì)美國(guó)規(guī)范ATc40能力譜方法和K.Chopra提出的改進(jìn)能力譜方法進(jìn)行了評(píng)析。并將Chopra改進(jìn)能力譜方法應(yīng)用于框支密肋壁板結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估中，通過(guò)實(shí)例分析，結(jié)合我國(guó)規(guī)范給出了具體的實(shí)施步驟和過(guò)程。同時(shí),采用四種側(cè)

5、向力分布模式列試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)例進(jìn)行了Push-over分析，井與試驗(yàn)及動(dòng)力分析結(jié)果進(jìn)行了比較，探討了側(cè)向力分布模式對(duì)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。
　　 4根據(jù)課題組前期15榀1/2比例密肋復(fù)合墻體在單調(diào)及低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)復(fù)合墻體的破壞形態(tài)、滯回性能、耗能能力和累積損傷模型等進(jìn)行了分析，探討了墻體累積損傷的發(fā)展過(guò)程和發(fā)育規(guī)律，提出了階段損傷指數(shù)的概念，并通過(guò)損傷模型計(jì)算的破損結(jié)果與試件實(shí)際破壞特征對(duì)比，確定了墻體的階段

6、損傷界限值，可供工程實(shí)際抗震設(shè)計(jì)和評(píng)估參考。
　　 5在框支密肋壁板結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，研究了結(jié)構(gòu)地震能量反應(yīng)及地震滯回耗能特性，并在構(gòu)件層次上探討了總滯回耗能在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分布規(guī)律；根據(jù)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程和破壞特征，選取變形和能量雙重破壞準(zhǔn)則，采用基于疲勞的損傷模型，分別對(duì)算例和實(shí)例進(jìn)行了地震作用下的損傷分析；結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，探討了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)地震損傷性能水準(zhǔn)的確定和性能目標(biāo)的量化問(wèn)

7、題，提出了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)基于損傷性能的目標(biāo)量化參數(shù)，可供工程實(shí)用參考。
　　 6.以總體破壞指標(biāo)損傷指數(shù)作為性能參數(shù)建立框支密肋壁板結(jié)構(gòu)損傷可靠度分析的極限狀態(tài)方程。根據(jù)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)和復(fù)合墻體模型試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定允許(抗力)極限損傷指數(shù)，通過(guò)對(duì)允許極限損傷指數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)分析，得到了允許極限損傷指數(shù)概率統(tǒng)計(jì)分布和統(tǒng)計(jì)參數(shù)，為這類(lèi)結(jié)構(gòu)和培體的可靠度分析提供了基礎(chǔ)；并根據(jù)以往的研究成果，探討了地震作用損傷指數(shù)(效應(yīng))的概率統(tǒng)計(jì)特性

8、,從而提出了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)地震損傷可靠度近似分析方法。
　　 本文的創(chuàng)新之處在于：
　　 1.建立了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力分析模型并進(jìn)行了數(shù)值分析理論研究結(jié)合課題組前期試驗(yàn)結(jié)果，以IDARC程序仿真其力位移模型獲取了結(jié)構(gòu)的滯回規(guī)則參數(shù)。針對(duì)不同的分析目的和內(nèi)容，提出了可考慮剛度退化、承載力衰減及捏縮效應(yīng)的剛架一斜壓桿宏觀模型和簡(jiǎn)化分析模型，建立了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力計(jì)算模型，首次對(duì)該類(lèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性動(dòng)力時(shí)

9、程分析。探討了轉(zhuǎn)換層上、下剛度比對(duì)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，提出了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下剛度比的合理取值及底層抗震墻數(shù)量的確定方法。
　　 2.探討了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)分析的簡(jiǎn)化方法探討了Push—over分析的側(cè)向力分布模式對(duì)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性問(wèn)題；首次將Chopra改進(jìn)能力譜方法應(yīng)用于框支密肋壁板結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估中，并通過(guò)實(shí)例分折，結(jié)合我國(guó)規(guī)范給出了具體的實(shí)旌步驟和過(guò)程。
　　 3.提出

10、了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)和密肋復(fù)合墻體的損傷性能目標(biāo)量化參數(shù)根據(jù)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)主要承力構(gòu)件(密肋復(fù)合墻體)的試驗(yàn)結(jié)果，探討了墻體累積損傷的發(fā)展過(guò)程和發(fā)育規(guī)律，提出了密肋復(fù)合墻體的階段損傷界限值；根據(jù)試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果，確定了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)地震損傷性能水準(zhǔn)，并提出了性能目標(biāo)的量化參數(shù)。
　　 4.研究了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)和密肋復(fù)合墻體的地震損傷極限概率統(tǒng)計(jì)特性依據(jù)框支密肋壁板結(jié)構(gòu)和復(fù)合墻體模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究了框支密肋壁板結(jié)構(gòu)及其主要承