橡胶阻尼填充墙框架抗震性能研究

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作为常见的结构形式,框架填充墙结构在工业和民用建筑中应用广泛。在对框架填充墙结构进行抗震验算时,框架结构中的填充墙通常被视作“非结构构件”。在考虑它对框架结构刚度和周期影响时,只是将墙体作为一种施加在框架上的外部荷载,对结构的周期进行简单的折减。大量的震灾调查发现,框架结构中的填充墙实际上参与并影响了框架的变形,填充墙的存在增大了结构的抗侧移刚度,改变了结构的自振周期,由填充墙的刚度效应引起的混凝土构件的失效以及框架结构的整体破坏在历次地震灾害中均有发现。橡胶材料作为一种粘弹性材料,具有强弹性、大变形、阻隔性能良好等特性,并被广泛应用到结构工程中。在填充墙中增设橡胶阻尼层,将填充墙改造成消能减震元件,可以有效减轻地震作用下框架结构的位移和动力反应,并对混凝土构件起到较好的保护作用,提高框架结构的抗震能力。本文在对相关材料的非线性及耗能性能进行理论分析的基础上,利用ANSYS有限元软件分别建立了普通填充墙框架和阻尼填充墙框架的数值模型,并在单向水平荷载及地震荷载作用下进行了非线性及弹性时程分析,以位移及应力时程作为主要对比指标,研究发现:(1)水平单向荷载作用下,普通填充墙和橡胶阻尼填充墙框架的位移和应力的非线性特性明显。橡胶阻尼层的存在可以明显降低结构的位移和应力反应。阻尼层的存在有效阻止了填充墙压应力带的形成,避免了填充墙裂缝的形成和发展,保证了框架变形过程中墙体的整体性,增强了填充墙框架的抗侧移能力。(2)地震荷载作用下,橡胶阻尼材料首先发生剪切变形,耗散输入框架结构的能量,减轻了地震作用下的位移反应。另外,橡胶阻尼填充墙中的阻尼材料层的存在使得砌体填充墙出现分层,填充墙的整体性有所降低,整体刚度下降,使框架填充墙结构的周期延长,地震反应相对减小。
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