多级耗能装配式框架结构体系抗震性能研究

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本文提出了一种集成双圆锥软钢阻尼器和耗能墙板的多级耗能装配式框架结构体系,经合理设计该结构体系将实现多道抗震防线。在地震作用下阻尼器、耗能墙板先于主体框架依次屈服耗能,形成对主体框架的双重保护,延缓其塑性开展,使结构体系的安全性极大提高。本文采用数值模拟的方式,对该结构体系的力学性能、耗能规律、“阻尼器—墙—框架”的屈服和破坏顺序进行深入研究,主要研究内容和成果如下:(1)基于现有装配式框架、双圆锥软钢阻尼器、耗能墙的研究成果,采用ABAQUS软件分别建立其低周往复加载有限元模型,将数值模拟结果中的滞回曲线、骨架曲线、破坏形态等与试验结果对比分析,验证本文建模方式的有效性。在此基础上,保持阻尼器刚度不变,改变阻尼器内径尺寸和组合方式,建立三个单层单跨结构体系有限元模型,进行低周往复加载模拟。结果表明:阻尼器刚度相同的结构在承载力和刚度上基本一致。装配内径30 mm阻尼器的结构体系耗能能力较强,并且可以实现预期的“阻尼器—墙—框架”分阶段屈服和破坏模式。(2)研究了阻尼器刚度、耗能墙耗刚度对结构体系抗震性能的影响并进行参数优化分析。结果表明:存在一个最优阻尼器刚度取值,在这一刚度值下,阻尼器的耗能效果最好,同时也能够实现“阻尼器—墙—框架”的分级失效模式。增大耗能墙刚度能显著提高结构的承载力和耗能能力,但墙板刚度过大容易加剧梁端损伤,无法实现“墙先于框架”破坏的预期目标。通过分析阻尼器、耗能墙与框架刚度比不同的9个结构的破坏模式,确定了耗能元件与框架的最优刚度比,按这一刚度比设计的结构体系能够顺利实现“阻尼器—墙—框架”分阶段屈服和破坏顺序,主体框架的损伤程度较低。(3)在最优设计参数的结构体系基础上,对耗能墙板进行开缝改造,研究开缝数量和开缝高度的影响。结果表明,开缝有利于提高结构体系的延性和耗能性能,也更有利于达成“阻尼器—墙—框架”分级失效模式;开缝数量为2时,耗能提升比例最大,主体框架损伤程度最低;增大开缝高度能延缓墙板与框架进入塑性,进一步降低梁端损伤,更好地实现结构体系的多道抗震防线。(4)建立了三个装配式框架结构有限元模型并进行了弹塑性时程分析,分别比较了内置填充墙、以及设置普通耗能墙和阻尼器、设置开缝耗能墙和阻尼器的结构响应。结果表明:经参数优选后的两种多级耗能装配式框架结构减振效果明显,且均满足“阻尼器—墙—框架”分阶段屈服顺序,塑性损伤主要集中在耗能元件上,主体框架塑性程度较低;内置开缝墙的结构,表现出更好的耗能效果。
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