附加阻尼系统自复位CLB摇摆双墙抗震性能研究

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为使摇摆结构适用于开有大洞口的墙体(联肢剪力墙),本文提出了一种附加阻尼系统的自复位CLB摇摆双墙体系。该摇摆双墙由两片CLB摇摆墙以及位于两片墙体之间的钢桁架耗能连梁组成。其中,钢桁架耗能连梁由两个弦杆和两个作为斜腹杆的阻尼器构成,阻尼器采用了本文所提出的一种新型附加摩擦耗能的屈曲约束阻尼器。通过拟静力试验对该阻尼器和耗能连梁进行了滞回性能和失效模式等方面的研究,此外通过阻尼器、耗能连梁以及CLB摇摆墙的有限元模型,建立了附加钢桁架耗能连梁的CLB摇摆双墙的预测模型,并进行了一系列参数化分析。最后进行了摇摆双墙工作机理的理论分析,提出了摇摆双墙的理论骨架曲线。本文主要研究内容及结论如下:(1)对附加摩擦耗能的屈曲约束阻尼器(BFD)进行了低周往复加载试验,研究了不同变量以及不同加载制度对BFD滞回性能、失效模式、延性及耗能等方面的影响。结果表明,BFD的滞回曲线稳定且饱满,当BFD的止动装置启动后小塑性耗能段轴向变形受到限制,大塑性耗能段能够继续变形为阻尼器提供额外的强度和刚度。通过分析不同螺栓扭矩BFD的单圈耗能,得出试件L100S10-V中大塑性耗能段、小塑性耗能段和摩擦耗能装置的耗能比为0.455:0.398:0.106。随着常幅加载应变幅值的增加,BFD的失效模式会发生变化,从小塑性耗能段先破坏转变为大塑性耗能段先破坏,并且BFD的累积延性指数和受压调整系数均能满足AISC 341-16的相关要求。(2)对钢桁架耗能连梁进行了拟静力加载试验,试验结果表明,耗能连梁的累积耗能随着连梁高度的增大而减少,采用大、小塑性段截面相同的BFD和采用传统屈曲约束阻尼器(CBD)的耗能连梁的力-位移响应基本一致,采用大、小塑性耗能段截面不同的BFD的耗能连梁具有更好的低周疲劳寿命。此外,钢桁架耗能连梁中铰接阻尼器的失效模式与BFD试验中阻尼器发生的失效模式有所不同。主要增加了一种新的失效模式,即阻尼器的外套管端部发生断裂。最后,进行了铰接阻尼器端部受力的理论分析,并给出了外套管端部断裂的验算公式。(3)基于上述试验结果以及课题组对CLB摇摆墙的试验研究成果,对比验证了BFD、钢桁架耗能连梁以及CLB摇摆墙有限元模型的有效性和准确性,建立了附加钢桁架耗能连梁的自复位CLB摇摆双墙的预测有限元模型。针对该模型进行了一系列参数化分析,结果表明,增大墙体的宽度能够显著增加摇摆双墙的强度、初始刚度和第二刚度;通过增加预应力筋初始应力比或增加预应力筋根数能够增加摇摆双墙的强度,但增加预应力根数更为有效,并且增加预应力根数能够增加摇摆双墙的第二刚度;改变洞口宽度、阻尼器倾角和阻尼器截面面积能够有效影响摇摆双墙的耗能能力。此外,建立了摇摆双墙的理论模型,并与有限元结果对比验证了理论模型的有效性,最后提出了摇摆双墙的设计流程。
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