【摘 要】
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针对装配式钢框架结构存在的带门窗洞口围护墙体系易遭受地震破坏以及围护墙的附加刚度和约束效应对结构抗震不利等问题,本文提出一种考虑门窗开洞设置的新型减震墙体——减震围护墙,并将其应用于装配式钢框架结构中,形成装配式钢框架-减震围护墙结构新体系。设计和制作了5个试件进行拟静力试验,对减震围护墙的减震耗能机理、墙体和洞口保护效果展开研究,同时对装配式钢框架-减震围护墙结构进行了有限元参数分析,最后结合试
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“工业化建筑隔震及消能减震关键技术”（2017YFC0703600）； 广东省自然科学基金博士启动项目“装配式框架减震墙板减震机理与性能研究”（2016A030310259）； 广州市科技计划项目科学（技术）研究专项一般项目“装配式框架减震墙板结构减震机理及设计方法研究”（201607010026）；
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针对装配式钢框架结构存在的带门窗洞口围护墙体系易遭受地震破坏以及围护墙的附加刚度和约束效应对结构抗震不利等问题,本文提出一种考虑门窗开洞设置的新型减震墙体——减震围护墙,并将其应用于装配式钢框架结构中,形成装配式钢框架-减震围护墙结构新体系。设计和制作了5个试件进行拟静力试验,对减震围护墙的减震耗能机理、墙体和洞口保护效果展开研究,同时对装配式钢框架-减震围护墙结构进行了有限元参数分析,最后结合试验研究和参数分析的结果,建立了适用于“墙-梁”连接型减震围护墙的等效力学模型,主要研究内容及相应结论如下:（1）设计和制作了5个试件,并进行了低周往复试验。5个试件分别为装配式空钢框架（PSF）、装配式钢框架-开门洞普通围护墙（PSF-CEWD）、装配式钢框架-开窗洞普通围护墙（PSF-CEWW）、装配式钢框架-开门洞减震围护墙（PSF-DEWD）和装配式钢框架-开窗洞减震围护墙（PSF-DEWW）。试验研究结果表明:PSF-CEWD和PSF-CEWW的普通围护墙提供明显的约束效应和附加刚度,且围护墙破坏严重,同时洞口破坏和变形明显;PSF-DEWD和PSF-DEWW的减震围护墙实现了减震滑移耗能机制,有效地释放围护墙的约束效应和附加刚度并提高了框架的耗能能力,减震围护墙保持完好、洞口未发生变形且“墙-梁”型连接构造合理可靠。（2）采用ABAQUS软件对试件PSF和PSF-DEWD进行建模分析,试验与有限元模拟结果吻合良好。为给减震围护墙设计和等效力学模型建立提供理论依据,建立了20个不同设计参数的装配式钢框架-减震围护墙模型,一方面研究上、下层墙板单元高度比、减震层摩擦系数、墙板材质设计参数对减震围护墙框架的抗震性能的影响及规律,另一方面研究过梁高度、洞口类型、门洞位置、窗洞尺寸设计参数对减震围护墙自身性能的影响及规律。研究结果表明:增加上、下层墙板单元高度比、增加减震层摩擦系数和增大墙板材质密度均可一定程度提高框架抗震性能。在实际应用中,根据门窗洞口的设计尺寸尽量选取较大的上、下层墙板单元高度比,且当需要开设窗洞时,建议将窗洞设置在上层墙板单元,同时建议选取摩擦系数较大的材料制作减震层和选用材质密度相对较大的墙板。过梁高度和窗洞尺寸的变化对减震围护墙应力影响较小,而门洞偏置会造成墙板单元的拉应力和压应力增大,墙板单元破坏风险加大。在实际应用中,建议门洞尽量居中开设,若门洞需要偏置时,尽量不要将门洞布置于墙板边缘且长边墙体应增设T型连接件。过梁高度、洞口类型、门洞位置和窗洞尺寸对洞口水平变形影响不明显。过梁挠度主要受过梁高度和洞口宽度的影响。过梁挠度随过梁高度的减小而增大,设置洞口时,建议过梁高度不应小于150mm;过梁挠度随窗洞宽度的增大而增大,当窗洞宽度不小于1000mm时,建议对过梁采取加固措施。（3）介绍了试件PSF-DEWD和PSF-DEWW的减震围护墙构造,揭示了减震围护墙框架的协同作用机理和减震滑移耗能机制,在课题组针对“墙-柱”连接型减震墙板提出的等效力学模型-DS模型的基础上,提出适用于“墙-梁”连接型减震围护墙的DS模型,即用两根带弹塑性弹簧单元的斜杆表征减震围护墙对框架的附加刚度和附加耗能。采用ABAQUS软件建立试件PSF-DEWD的等效力学模型,其分析结果与试件PSF-DEWD的试验结果及其对应的有限元模型结果均吻合较好,说明采用DS模型等效减震围护墙合理可行。
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