带新型钢板耗能装置的装配式组合框架抗震性能试验研究

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发展装配式建筑不仅能够提高建筑工程的质量与效率,还能有效减少人工,实现节能减排。在建筑业转型升级的新形势下,我国装配式建筑的研究与实践近年来高速发展。然而,目前付诸应用的装配式结构普遍存在节点构造复杂、施工建造不便、适用性不足等问题。针对上述问题,本文提出一种带新型钢板耗能装置的装配式组合框架结构体系,通过拟静力试验与数值分析,研究该结构体系的抗震性能。
  论文的主要工作及成果如下:
  (1)总结装配式建筑的应用现状,梳理国内外学者对预制框架节点形式及金属阻尼器等方面的研究历程。提出一种装配式钢-混凝土组合框架结构,同时结合“功能分离”的设计理念,将金属阻尼器引入预制组合框架中,形成装配式组合框架耗能减震结构体系。
  (2)基于双拼工字型钢板阻尼器前期试验结果进行优化设计,提出一种便于模数化的改进型剪切板阻尼器。对新型阻尼器进行拟静力试验,分析其滞回曲线、骨架曲线、累积耗能等试验结果,验证考察阻尼器的滞回性能。试验证明该新型钢板阻尼器具有初始刚度大、延性性能好、耗能能力强的特性。
  (3)采用有限元分析软件ABAQUS对阻尼器进行数值模拟。并通过与试验结果的对比,验证了模型的准确性。开展耗能腹板宽高比、开洞削弱面积和耗能元件间距的参数化分析,提出该新型阻尼器设计中关键参数的建议取值范围。
  (4)为研究装配式组合框架耗能减震结构体系的抗震性能,设计并制作了一榀1/2缩尺预制组合框架试件。对试件进行拟静力试验,基于试验现象和数据分析得到了试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、强度、延性、刚度退化和耗能能力等力学性能指标,从多角度评价框架-阻尼器试件的抗震性能。结果表明:通过削弱梁端翼缘可准确控制框架塑性铰的位置;由于梁跨中发生局部连接破坏导致耗能体系未充分发挥其延性,故应采取合理的构造措施将阻尼器等附加构件布置在框架中。
  (5)借助有限元分析平台 OpenSees 对框架-阻尼器试件进行低周反复荷载下的建模分析,并将分析结果与试验结果对比,验证了有限元模型的合理性。进一步开展参数化分析,得出了具有参考意义的结论:在框架中设置阻尼器能够有效提高整体结构的初始刚度、屈服荷载、承载力与耗能能力;与阻尼器相连的框架梁构件采用纯钢梁时,结构体系的整体延性最好,具有最佳的耗能效果。
  通过以上研究工作,本文从构件和结构两个层次,对带新型钢板耗能装置的装配式组合框架的抗震性能进行了较为深入的研究,提供了基础实验数据与有限元计算分析方法,为该类结构体系的进一步研究与应用奠定了基础。
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