基于等效剪切刚度的框架结构损伤识别研究

《基于等效剪切刚度的框架结构损伤识别研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第1章绪论第1章绪论1.1课题的研究背景1.1.1工程背景建筑与人类的生活息息相关。目前，我国的建筑工业已处于新建与维修加固、改造并举的时期。建筑结构投入使用后，受环境与人为因素的影响，某些构件会出现损伤。随着时间的推移，结构损伤在不断地积累，结构抗力随之不断地衰退，当损伤达到一定程度时，结构开始存在安全隐患。此外，因最初设计时考虑不周，或因人民生活水平、经济需求的逐步提高，原建筑的功能难以满足时代发展的需求[1]。拆除重建似乎是一个可以从根本上解决上述一系列棘手问题的手段：经过严格的设计，建筑结构质量可以得到保证；拆除后重

2、新建造更多层数的房屋，可增大房屋容积率（容积率在建筑上是指项目规划建设用地范围内全部建筑面积与规划建设用地面积之比），缓解城市中心地带用地紧张的问题。但调查统计表明，拆除重建在解决上述旧问题的同时，却会带来这样几个新的问题[2~4]：一是拆除重建时，原房屋居民的正常居住与生活难以保障，原厂房的生产无法正常进行；二是拆除重建造成大量建筑垃圾难以处理，会严重污染城市及其周边环境；三是一般需拆除重建的房屋质量仍然较为完好，拆除会造成巨大的浪费。由此可见，拆除重建在很多情况下并不一定是最合适的处理方式。随着先进的结构检测仪器陆续出现

3、，结构损伤机理研究不断深入，适合于不同结构的检测手段得到了迅速的发展，人们对旧建筑的处理观念也在不断地发生改变。对建筑结构定期进行检测，及时维修加固，可以消除损伤隐患，避免倒塌事故的发生[5]。为了在一定程度上满足人们对建筑使用功能增长的需求，可以在结构损伤检测资料的基础上，在不改变结构受力体系的前提下，对建筑进行适当的改造。为了获得更大的房屋容积率，而又不中断原有建筑的使用功能，郑文忠 等学者提出了“套建增层”这一改造途径[6~7]。理论与实践均表明，对于某 些还有利用价值的多层旧建筑，采用“套建增层”代替“拆除重建”是可

4、行-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的。对现有旧建筑进行套建增层是一种经济实用的改造方式，图1-1为几种分离式套建增层结构方案示意图。a-套建规则框架增层Ⅰ;b-套建规则框架增层Ⅱ;c-套建非规则框架增层Ⅰ;d-套建非规则框架增层Ⅱ;e-套建巨型框架增层Ⅰ;f-套建巨型框架增层Ⅱ;g-套建空腹叠置桁架增层;h-套建框支剪力墙增层图1-1分离式套建增层结构方案示意图Fig.1-1Detachableouter-jacketingstructureforstory-addingstructurebuilding从上图可以看出，

5、现有的套建增层改造技术存在一些不足之处[1,8]：上部新建的套建结构与原结构是没有联系的，在受力上相互独立，这样就使前者成为“鸡腿”结构（即由高而细的长柱来支撑的结构）。由于这些长柱长细比较大，容易失稳，而在工程上为了满足稳定性要求，需要加大构件截面尺寸，势必会增加工程造价，不经济。如果能充分利用原结构的剩余侧向抗力，让“鸡腿”结构和原结构协同工作来抵御侧向荷载的作用[9]，（例如在二者之间，原房屋各楼层处，用耗能器连接等方式进行处理）则能较好地解决这个问题。为了实现这一构想，从结构“层”这一层次来对结构进行整体性的损伤识别

6、就显得非常有意义。现有建筑结构损伤识别方法虽然很多，也都采用了基于结构动力特性的损伤识别指标，但是绝大多数方法都侧重于具体构件的损伤研究[10~13]，从结构整体角度来进行损伤定位、损伤程度评定的资料甚-2-第1章绪论少。本文的研究就是为了弥补此空白而进行的有益尝试。1.1理论背景如前所述，对建筑结构进行维修加固、改造，需要一定的有关结构损伤的量化资料，包括确定损伤是否发生、损伤发生的位置以及损伤程度的大致评定。肉眼的观测、简单仪器的检测可以发现构件表面出现的裂缝、腐蚀等破坏，但是这些工作都无法从整体上来把握结构、构件的破坏

7、情况[2,14]。基于结构动力参数的损伤识别方法可以来弥补这一缺陷，这方面的研究在近数十年里得到了较大的发展。由于建筑结构本身具有体型大，结构试验复杂，实测数据随机性强等特点，使得这些理论上完全可行的方法在实际应用中却遇到了困难。为了满足上文中介绍的实际工程需求，需要从结构“层”层次来研究建筑的损伤，即需要将损伤定位到层，判断结构各层的抗侧移刚度退化程度。因此，寻找一个敏感的、能够实现上述目的的损伤识别指标就成为了迫切需要。在20世纪70年代中期，刘季与王焕定等学者在研究“多层空旷房屋空间整体作用分析”这一问题时提出了一种计

8、算结构抗侧移刚度的简化方法：等效剪切法。其主要思想为：不管结构或构件变形实际属哪种类型，认为在该荷载下控制点的位移是由变截面剪切杆的剪切变形所引起，由力和位移来求各段的等效剪切刚度。图1-2所示为一简支梁在上述等效准则下的等效剪切变形示意图：图a为一简支梁在某荷载下的变形图，沿梁纵向划分为