不同布置方式的填充墙对RC框架结构抗震性能影响的研究

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我国坐落于活跃的地震带上,因此成为多地震国家之一。地震具有突发性、难以预测性的特点,会对建筑物及相关设施造成毁灭性的破坏。钢筋混凝土(以下简称RC)框架结构,是一种梁、柱连接方式为刚接的承重体系,作为非承重结构,填充墙主要起到封闭和分隔作用。尽管填充墙是非结构构件,但大量实验与震后调查也发现,在地震中,填充墙吸收了一些地震力,同样证明填充墙参与了框架结构的整体受力。据我国规范《高层建筑混凝土结构技术规程》(2010版)中写到:周期折减系数在填充墙为砌体墙时,取值范围为0.6~0.7。填充墙的不同布设形式、砌体材料都会对RC框架结构的整体刚度产生差异性的影响。然而,简单的刚度折减并不能完全体现不同布设方式的填充墙对结构产生的影响。因此本文通过ABAQUS软件,建立带有填充墙的RC框架结构,分别通过水平方向和竖直方向上不同的填充墙布置方式,研究填充墙不同布设方式对RC框架结构抗震性能产生的影响。主要内容如下:1)查阅、搜集现有国内国外学者对填充墙框架结构在实验、理论分析方面的资料;总结出地震作用下,当前考虑填充墙影响的框架结构自振周期计算公式和未考虑不同的填充墙布置方式对RC框架结构的抗震性能产生的影响。2)使用ABAQUS软件建立相应计算模型。通过分析数据得到,同一结构,布置填充墙的结构,其自振周期比纯框架结构小很多,自振周期的大小不仅受填充墙填充率影响,还与填充墙布局相关。3)通过建立8组水平向不同填充墙布设方式的RC框架结构模型,分析得出,水平方向上不同布设方式对基本自振周期产生的影响有所不同;将填充墙填充率考虑到自振周期的影响系数中,进行线性回归分析,得到填充率与自振周期影响系数的线性回归方程。将我国《高规》中要求的框架结构自振周期取0.6-0.7代入拟合曲线的回归方程中,可知针对本模型的《高规》自振周期折减系数仅能满足填充率为55%-80%的填充墙结构,说明针对RC框架结构不同填充墙的布置情况其自振周期折减系数有待更进一步的研究。4)针对填充墙结构在水平方向的不同布设方式,建8组模型实行弹塑性时程分析,通过对加速度时程、位移时程、剪应力时程进行分析,发现当填充墙填充率一定时,填充墙不同布置对顶层加速度峰值没有直接影响;填充墙的耗能效应伴随着填充率的提高呈线性增长趋势;填充墙应尽量沿刚度较弱的方向布置,避免因刚度差的增加导致结构侧移风险加剧;应避免填充墙的过度集中密集布置,避免因刚度差的增加导致结构发生扭转破坏。5)通过建立8组竖直向不同布置方式的填充墙RC框架结构模型,对模型进行弹塑性时程分析,针对模拟分析可知,竖直向不同填充墙布置方式的RC框架结构,当填充率一定时,底部无填充墙对自振周期产生影响最大,由底部向上部发展逐渐减小,可知底部填充墙对结构刚度的贡献程度大于上部。6)竖直向不同布置方式的填充墙RC框架结构,当填充墙填充率一定时,竖直向不均匀布置填充墙对顶层加速度峰值没有直接影响,但竖向比水平向不均匀布设对RC框架结构抗震影响更大。当底层没有填充墙时,上部填充率越高,顶层位移越大。当顶层、底层均为刚度薄弱层时,结构底层层间剪力增大的同时,底层位移发生突变会导致鞭梢效应加剧,结构顶层的剪应力也随之增大。7)对于底层设置架空层(未布置填充墙)的RC框架结构,应对最底层的结构柱进行刚度提高处理或通过适当降低结构上方填充墙的填充率来降低结构地震响应。其中,上层填充墙填充率适当减少,可使刚度有一个过渡过程,减少刚度差,使地震响应能够相对均匀地传递到二层。
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