带可更换钢连梁的混合联肢剪力墙抗震性能研究

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1、带可更换钢连梁的混合联肢剪力墙抗震性能研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：孙亚指导教师：纪晓东副教授二○一五年六月StudyonSeismicBehaviorofHybridCoupledWallwithReplaceableSteelCouplingBeamsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngineering

2、bySunYaThesisSupervisor:AssociateProfessorJiXiaodongJune,2015摘要摘要本文提出一种由可更换钢连梁和RC墙肢组成的混合联肢剪力墙(HCW)，基于OpenSees平台建立HCW的高效数值模型，对HCW的抗震性能及震后可恢复能力进行了研究，通过参数分析给出了耦合比与超强系数的抗震设计建议。剪力墙、消能梁段、非消能梁段分别采用分层壳单元、Link单元和梁柱单元模拟，连接区域的滑移以及RC连梁的行为均由Link单元表征。剪力墙数值模拟结果与试验结果吻合良好，等效刚度模拟值比试验值偏低约

3、8.3%，承载力、极限位移的模拟值比试验值偏低不到5%；消能梁段初始刚度模拟值比试验值偏高约11%，极限承载力、累积耗能的误差均不到5%；连梁极限承载力的模拟结果误差约5.5%，累积耗能误差约3.1%，初始刚度的模拟结果误差为27.6%；RC连梁依据ASCE/SEI41推荐的建模参数取值确定模型骨架线参数，模拟精度可满足联肢墙建模需求。从原型结构中选取一片典型的混合联肢墙，进行了静力弹塑性分析与动力弹塑性分析。结果表明：(1)混合联肢墙实现了连梁先于墙肢屈服的屈服机制；(2)在大震下墙肢底部截面未出现小偏压或小偏拉破坏，也未出现剪切破

4、坏；(3)混合联肢墙的变形模式呈弯曲型，层间位移角未超过规范规定的层间位移角限值；(4)连梁的滞回耗能主要集中在6层及以下楼层，上部楼层连梁耗散的地震能量有限；(5)HCW与RC联肢墙(RCW)有相同的屈服机制，与RCW相比，HCW在大震和超大震下的变形明显偏小，HCW大震后具有良好的可恢复能力，而RCW大震后连梁损伤较难修复。参数分析表明：(1)CR的取值显著影响HCW的屈服模式；(2)过高的CR导致墙肢抗剪需求增加、HCW侧向变形增加、连梁耗能降低、墙肢损伤增加，不利于震后快速恢复；(3)提升Ω使连梁塑性铰发生位置更为分散，墙肢会

5、更多地出现拉弯屈服，连梁变形和累积耗能降低，墙肢截面抗剪需求增加；(4)在适中耦合比情况下，超强系数Ω由1.0增至1.9，墙肢侧向变形需求降低，Ω由1.9增至4.7，墙肢侧向变形需求变化不明显。建议抗震设计时CR在0.5~0.6范围内选用，超强系数Ω不宜选用较高值，建议选用LY225钢或Q235钢作为消能梁段腹板材料。关键词：混合联肢墙；可更换钢连梁；抗震性能；震后可恢复能力；数值模型IAbstractAbstractInthisthesis,thehybridcoupledwall(HCW)composedofreplaceable

6、couplingbeamsandconventionalRCwallpierswasproposed.Ahigh-efficiencynumericalmodelbasedonOpenSeeswasdevelopedforthishybridcoupledwalls.Numericalstudyontheseismicbeahviorandearthquakeresiliencecapacitywascarriedon.Designrecommendationsontheselectionofcouplingratio(CR)ando

7、verstrengthfactor(Ω)wereproposedonthebasisofparametricstudy.Thebehaviorofshearwalls,shearlinks,normalsegmentsofreplaceablesteelbeamsweresimulatedbyusingamulti-layershellelement,linkelementanddisplacement-basedbeam-columnelement,respectively.Theslippagebehaviorbetweenshe

8、arlinkandnormalsegmentsandthehystereticbehaviorofRCcouplingbeamswererepresentedbylinkelementaswell.Thenumerica