竖向刚度不均匀是山地掉层框架结构一大突出特点,其在地震动作用下的动力反应特性与普通框架结构存在较大的差异。山地掉层框架结构在地震中易在上接地层出现层屈服破坏机制。为改善该类结构的抗震性能,本文在山地掉层框架结构外部附加底部铰接、具有一定转动能力的摇摆墙,形成山地掉层框架摇摆墙结构体系。摇摆墙的加入能够有效改善山地掉层框架结构的抗震性能,改善原薄弱层上接地层的集中破坏现象,形成了整体屈服破坏机制。本文采用动力弹塑性时程分析方法,基于Abaqus建立了一系列7度(0.15g)区的山地掉层框架结构及其对应的摇摆墙结构模型。首先,探究摇摆墙设置位置对山地掉层框架摇摆墙结构抗震性能的影响,然后针对摇摆墙设置在上接地层的山地掉层框架摇摆墙结构,对比分析附加摇摆墙前后山地掉层框架结构抗震性能、探究刚度比对山地掉层框架摇摆墙结构抗震性能的影响及掉层数掉跨数对山地掉层框架摇摆墙结构抗震性能的影响。本文主要工作及研究成果如下:(1)模拟重庆大学结构实验室完成的山地掉层框架结构的拟静力试验,通过对比试验结果和模拟结果的总推力-侧移的滞回曲线,验证本文所用梁柱纤维模型和本构参数的正确性与可靠性。(2)建立5组包含山地掉层框架结构及与之相应的摇摆墙分别设置在上接地层、下接地层和上下接地层的三种山地掉层框架摇摆墙结构有限元模型。通过动力弹塑性分析可以看出,摇摆墙设置在不同位置的山地掉层框架摇摆墙结构动力反应特性不同。设置在上接地层时,上接地层位移减小,顶层位移增大,地上部分各层层间变形趋向均匀,DCF值接近1,但掉层部分位移略微减小且层间位移差异较大;设置在下接地层时,结构上、下接地侧层位移均呈倾斜直线,但上接地侧上接地层位移显著增大,导致上接地侧DCF值较原结构增大,进一步加剧山地掉层框架结构的位移集中现象;上下接地层均设置有摇摆墙时,结构上接地层层位移略微减小,顶层位移略微增大,与摇摆墙设置在上接地层的结构相比,上接地侧DCF值大于后者,下接地侧DCF值则小于后者。(3)对比分析5个山地掉层框架结构附加摇摆墙前后的受力特点和抗震性能,可以看出,附加摇摆墙的山地掉层框架结构较原结构的基本周期相差不大,不会显著增加结构所受地震作用。结构上接地层最大层位移、层剪力、层滞回耗能占比及大震下的加速度放大系数等均减小,各层层间位移角趋向一致,梁柱耗能比显著增大,结构形成整体抗震模式,实现了从层屈服机制到整体屈服机制的转换。掉层部分与原山地掉层框架结构相比,设置摇摆墙后结构位移响应、层剪力及层滞回耗能均略微减小。因此,山地掉层框架摇摆墙结构是一个拥有良好抗震性能、具有广泛应用前景的结构体系。(4)摇摆墙与山地掉层框架结构的刚度比关系到山地掉层框架摇摆墙结构的破坏机制。本文选取3个山地掉层框架结构,在其外部设置系列梯度截面高度的摇摆墙。对它们的抗震性能进行分析后可以看出:刚度比小于1.5%时,附加摇摆墙对结构抗震性能影响较小,未改变结构的破坏机制;刚度比大于2.7%后,随刚度比的增大对结构抗震性能的影响也逐渐增大,结构从原本的层屈服破坏机制,逐步转为整体破坏机制;刚度比大于10.2%时,结构抗震性能不再随刚度比的增大而明显变化,结构已具有稳定的破坏机制。因此,在山地掉层框架摇摆墙结构设计时将刚度比控制在10.2%左右为宜。(5)山地掉层框架摇摆墙结构掉层层数和掉层跨数的改变对结构的质量和刚度有不同程度的影响。通过对结构基本周期、最大层位移、最大层间位移角、层剪力和耗能能力等方面进行分析后可以看出,掉层层数的变化对结构动力反应特性的影响远大于掉层跨数的变化所带来的影响。在掉层数和掉跨数均较大时,如本文中的C3K3YB,其层间位移角和层剪力等指标均存在突变的情况。