框架摇摆墙结构的抗震设计方法分析

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1、摘要摘要不同于常规的消能减震结构，摇摆墙以控制框架结构的整体变形模式为目标，以实现理想的屈服机制，使各道抗震防线充分发挥作用。消能器在预先设定的变形模式下大量耗散地震能量，有效控制结构的最大变形。本文针对钢筋混凝土框架摇摆墙结构体系，从刚度和强度两个方面开展抗震设计方法研究，力图建立结构性能需求与设计参数的连续函数，真正实现基于性能的抗震设计。主要研究工作可以分为以下几个方面：1.按照结构整体变形模式不同，设计了屈服机制分别为“梁铰机制”和“柱铰机制”的两类不同层数的框架结构。基于有限元软件OpenSees建立了两类结构的鱼骨模型，并通过静

2、力推覆分析、动力时程分析、IDA分析验证了鱼骨模型在钢筋混凝土框架结构强非线性地震反应分析中的适用性。2.基于线弹性鱼骨模型推导了水平与竖向构件刚度比与结构变形模式之间的关系式。基于框架柱与摇摆墙控制结构变形模式的相同本质，提出了框架摇摆墙结构等效为单鱼骨模型的方法，分别从弹性和弹塑性两个层面进行了验证。在此基础上，以结构恰好形成理想屈服机制的状态进行参数分析，提出了确定摇摆墙刚度需求的方法，该方法适用于各层框架梁柱线刚度分别基本一致的情况。3.建立了反映摇摆墙对框架结构动力特性控制程度的刚度比参数。选取了26条脉冲型地震动和26条非脉冲型

3、地震动，通过IDA分析方法，研究了刚度比对结构变形模式、出铰率、结构承载力的影响。结果表明当摇摆墙与框架的刚度比大于3时，框架结构可以形成理想屈服机制。框架摇摆墙结构在脉冲型地震动作用下的变形大于相同强度的非脉冲型地震动作用下的变形。4.通过静力推覆分析和一条典型地震动的IDA分析，研究了刚度比和地震动强度对摇摆墙内力的影响，摇摆墙在地震动强度较大，刚度比较高时，结构高阶阵型产生的摇摆墙内力不可忽视。对多条地震动的统计分析表明，摇摆墙的内力增速在刚度比较大时低于承载力增速。摇摆墙的内力包络分布和简支梁在均布荷载下的内力分布类似。5.通过动力

4、时程分析，研究了框架摇摆墙结构中阻尼器的刚度、强度、分布形式、滞回特性对结构变形和内力的影响。结果表明，阻尼器的刚度对结构的变形和内力影响较小，阻尼器的强度增大，可以显著降低结构的最大层间位移角，内力却会相应增大。阻尼器均匀布置在两侧要优于集中布置在底部。自复位型阻尼器可以显著降低结构的残余位移。关键词：框架摇摆墙结构；鱼骨模型；刚度比；出铰率；理想屈服机制；ⅠABSTRACTABSTRACTDifferentfromtraditionalpassivecontrolledstructure,therockingwallaimstocont

5、rolthedeformationmodeofaoverallframestructure,bywhichtheidealdamagepatternisrealized,thusfullyfunctioningallseismicfortificationmeasures.Damperswillconsumemassiveseismicinputenergy,effectivelylimitingthemaximumdeformationofstructures.Thispaperstudiesthedesignmethodofreinfo

6、rcedconcreteframestructuresinstalledwithrockingwallswithregardstobothstiffnessandstrength.Thegoalistofindingacontinuumfunctionbetweenthedemandofstructureperformanceandthedesignparametersofrockingwalls,thusgenuinelyrealizetheperformancebaseddeisgnprocedure.Themainachievemen

7、tsarelistedasfollowing:1.TwosetsofRCframeswithvariousstoriesweredesignedwithdifferentfailurepatterns,whichyieldingmechanismare―beamhingemechanism‖and―columnhingemechanism‖.FishbonemodelwerebuiltinOpenSeestoverifyitsapplicabilityinsimulatingtheseismicresponseofmultistoryRCf

8、ramesbypushoveranalysis,timehistoryanalysisandIDAanalysis.2.Basedontheelasticfishbonemode