混凝土框架摇摆墙结构体系的抗震性能分析_曹海韵
摇摆墙—框架结构抗震损伤机制控制及设计方法研究
摇摆墙—框架结构抗震损伤机制控制及设计方法研究一、概述随着社会的快速发展和城市化进程的推进,框架结构建筑因其良好的空间布局和建筑灵活性,已成为现代城市建筑的主流形式。
随之而来的地震安全问题也愈发凸显。
在地震发生时,框架结构的抗震性能直接影响到建筑的安全性和人员的生命安全。
研究框架结构的抗震损伤机制控制及设计方法,对于提高建筑抗震性能、保障人民生命财产安全具有重要意义。
《摇摆墙—框架结构抗震损伤机制控制及设计方法研究》一文,旨在深入探讨摇摆墙这一新型抗震技术在框架结构中的应用。
通过对比分析传统框架结构与带有摇摆墙的新型框架结构的抗震性能,揭示摇摆墙对框架结构抗震损伤机制的控制作用,并提出相应的设计方法。
文章首先回顾了国内外在框架结构抗震领域的研究现状和发展趋势,然后详细介绍了摇摆墙的基本原理、设计原则及施工要点,最后通过实际工程案例,验证了摇摆墙在提高框架结构抗震性能方面的有效性。
本文的研究不仅有助于深化对摇摆墙抗震技术的认识,还为框架结构的抗震设计提供了新的思路和方法。
对于推动建筑抗震技术的进步,提高我国建筑行业的整体抗震水平,具有重要的理论价值和实践意义。
1. 地震对建筑结构的影响与危害地震作为一种突发的自然灾害,以其巨大的破坏力和不可预测性,对建筑结构产生深远的影响和严重的危害。
地震波通过地壳传播到地表,引发建筑物的振动,这种振动如果超出建筑物的承载能力,就会导致其结构破坏,甚至整体倒塌。
地震对建筑结构的影响主要体现在以下几个方面。
地震会导致建筑结构的整体稳定性丧失。
当强烈的地震波冲击建筑物时,其结构会产生大幅度的晃动,这种晃动会破坏结构的稳定性,使其无法承受自身的重量和外部荷载,导致建筑物坍塌。
地震还会引起建筑结构的变形和裂缝。
在地震的反复作用下,建筑物的各个部分会产生相对位移,导致结构变形,同时在应力集中的地方产生裂缝。
这些变形和裂缝会严重影响建筑物的使用功能和安全性。
再者,地震会破坏建筑结构的连接节点。
框架-摇摆墙结构设计方法与研究现状分析
框架 -摇摆墙结构设计方法与研究现状分析
王素裹,吴 敏
(福州大学 土木工程学院,福建 福州 350108)
摘 要:摇摆墙释放了墙底与基础之间的约束以实现竖向摇摆。已有研究表明:将摇摆墙与 RC框架 结构结合形成框架 -摇摆墙结构体系能有效提高结 构 的 整 体 承 载 力 及 延 性,使 结 构 的 破 坏 发 生 在 预 期的位置,减少结构地震响应的不确定性。本文首先回顾了摇摆墙的发展历史,简要介绍了框架 -摇 摆墙结构的基本原理,综述了框架 -摇摆墙结构的研究现状,总结了其墙体及连接节点的 设 计 要 点 并 对其未来的发展方向进行展望,指出框架-摇摆墙结构体系后续的研究重点可以包括:墙体与 RC框 架结构水平连接节点的设计、摇摆墙与基础实现理想铰接的设计、摇摆墙与预制装配式技术结合的 设计及摇摆墙墙体在框架结构中布局方式的设计。 关键词:框架 -摇摆墙;可恢复;自复位;抗震加固;耗能减震 中图分类号:TU352.1 文献标志码:A
Stateoftheartanddesignmethodsonframerockingwallstructures
WANGSuguo,WUMin
(CollegeofCivilEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou350108,China)
Abstract:Rockingwallreleasestheconstraintbetweenbottom ofthewallandfoundationtoachieveverticalrock ing.Previousresearchhasshownthattheframerockingwallstructuressystem formedbycombiningrockingwall andRCframestructurecaneffectivelyimprovetheoverallbearingcapacityandductilityofstructure.Italsocan enablestructuredamagetooccuratexpectedlocationandreducetheuncertaintyofstructuralseismicresponse. Thispaperbrieflyreviewsdevelopmentofrockingwallandintroducesbasicmechanismofframerockingwallstruc tures;introducestheresearchstatusofframerockingwallstructures;summarizesdesignkeypointsofthewalland walljointsofframerockingwallstructureandpointsoutthefuturedevelopmentdirectionsofrockingwall.Itispro posedthatthefutureresearchemphasisinthisfieldcanincludethedesignofhorizontalconnectionjoints,idealpin connectionbetweenthewallandfoundation,combinationofprefabricatedstructurestechnologyandrockingwall andthewall'sarrangementinframestructure. Keywords:framerockingwall;restorable;selfcentering;seismicretrofit;energydissipation
钢筋混凝土框架结构的地震响应谱分析与优化设计
钢筋混凝土框架结构的地震响应谱分析与优化设计过去几十年来,钢筋混凝土框架结构一直是地震工程设计中最常用的结构形式之一。
钢筋混凝土框架结构以其良好的韧性和抗震性能,在地震发生时能够有效地吸收和分散地震能量,从而保护生命和财产的安全。
为了进一步提升钢筋混凝土框架结构的地震性能,地震响应谱分析与优化设计成为一个重要研究方向。
首先,我们来了解一下地震响应谱分析的基本原理。
地震响应谱是描述结构在地震作用下相对位移、加速度或速度等响应与地震激励间的关系曲线。
将地震激励输入到结构中,通过计算结构的动力响应,可以获得不同周期下的结构响应谱。
地震响应谱分析的目的是根据地震的特点,预测和评估结构在地震中的响应,并为结构的抗震设计提供依据。
在进行地震响应谱分析时,我们需要确定几个关键参数。
首先是地震输入,即确定合适的地震动记录作为分析的输入。
通常会选择代表性的地震动记录,例如历史地震数据或人工合成的地震动记录。
其次是结构模型,即将结构抽象为一种数学模型,通常以有限元模型来描述钢筋混凝土框架结构的刚度、质量和阻尼特性。
最后是分析方法,可以采用线性弹性或非线性时程分析等方法,以考虑结构的材料非线性和几何非线性特性。
在进行地震响应谱分析后,我们可以得到结构在不同地震作用下的动态响应。
通过分析地震响应谱中的峰值加速度、峰值位移或峰值速度等指标,可以评估结构的抗震性能,并发现结构的薄弱环节。
通过进一步的优化设计,可以提高结构的抗震性能,从而减小结构在地震中可能遭受的破坏程度。
钢筋混凝土框架结构的优化设计包括两个方面:构造优化和材料优化。
构造优化主要涉及结构的几何形态和布局参数的优化。
在设计过程中,通过对结构的几何形态进行调整和优化,可以减小结构的质量和刚度,提高结构的柔性和抗震性能。
另外,通过对结构的布局参数进行优化,例如柱和梁的尺寸比例和间距,可以提高结构的承载能力和刚度分布,从而提高抗震性能。
材料优化主要包括混凝土和钢筋的合理选择和配置。
基于推覆分析混凝土框架摇摆墙结构抗震性能研究
Ke r : r c i g wa 1 y wo ds o k n l;RC fa me;p s o e n l ss;f i r d l u h v ra ay i al e mo e,s imi e a ir u e s c b h v o
框 架摇 摆墙 结 构 是 一 种 新 型 结 构 体 系 ( 简 称 为 或
本 文 以一个按 现行 规 范设 计 的 6层 混 凝 土框 架 结
“ 摇摆 墙结 构 ” , 由框架 和摇摆 墙 两部分 组成 。摇 摆 )它 墙是 一种 具 有特 殊 构 造 的墙 体 , 在 墙 底 与 基 础 连 接 它 处饺 接 , 有 一 定 的转 动 能 力 。这 种 构 造 措 施 的 目的 具 是 : 墙体 单纯 作为 控制 结构 变形 模式 的构 件 , 除其 将 剔 作 为承重 构件 的功 能 。摇 摆 墙 可使 框 架 结构 各 层位 移 趋 于均匀 , 效 控 制 框 架 结 构 层 问 变 形 的集 中。且 框 有
s i c b h v o fte n w s s m.E a t — l si mo e s e tb ih d,a d p s o e n l s s c n u td b sn e s e a ir o e y t mi h e ls cpa t d l i c wa sa l e s n u h v ra ay i wa o d c e y u i g s
tef i lm n porm A a u n eue bo t e irr P Fb r r ea a s sl ocu e a: h nt e e t rga b q s dt sr u ru n bay Q i .Fo t n l ir ut ii cn ld dt t i e e a h s i l e m h y s e s ts h
用能力谱方法评估混凝土框架结构的抗震能力
作 出合 理 的 预 期 。 事 实 上 , 年 来 , 国 与 日本 等 国 在 其 建 筑 规 近 美
范 中采 用 了 基 于 性 能 的抗 震 设 计 方 法 , 种 方 法 要 这
型 式 之 一 , 抗 震 能 力 是 指 整 体 结 构 抵 抗 既 定 烈 度 其
的 地 震 作 用 的 能力 , 由结 构 的承 载 力 与 变形 能 力 它 共 同决 定 。在 相 同 的 地 震 作 用 下 , 构 抗 震 能 力 的 结
种重 要 方 法 , 目前 已被 正 式 写 入 美 国应 用 技术 委 员
高 不 大 , 要 依 靠 延 性 ,即塑 性 位 移 的发 展 来 耗 散 主 地震能 量 , 抗 地震作用 。 抵 因此 , 结 构 抗 震 设 计 完 在
成 后 , 结 构 的抗 震 能 力 进 行 复 核 , 择 合 理 的 耗 对 选 能机 制 , 限制 弹 塑 性 位 移 , 减 小 结 构 的 地 震 损 伤 , 是
的修 改 。在 这 种 新 的抗 震 设 计 中 , 常 采 用 能 力谱 通
方 法 , 结 构 的 抗 震 能 力 进 行评 估 。 对 2 能 力 谱 方 法 的基 本 思 想
能 力 谱 方 法 又 称 为 非 线 性 静 力 分 析 ( o l er N ni a n Sa cP0ehI) 或 静 力 弹 性 塑 性 分 析 ( uh—oe t i rc(l t e Ps vr
o n r t a e St u t r f Co c e Fr m r c u e e
摇摆填充墙-框架结构抗震设计方法研究
thewall,thecorrespondingan ti-seism icconstructionmeasuresarebrieflydescribed.
【关 键 词 】摇摆填 充墙 :设 计方法:抗 震:非线性分析 [Keywords]rockinginfilledwall;design method;seismicperforma nce;nonlinea ra na ly sis
【作 者 简 介 】杨 树 标 (1959 ̄),男 ,河 北邯郸人 ,教授 ,从事建 筑抗震 设计研究。
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异 ,探讨摇摆填 充墙 .框架结构的抗震设计方法。
结构模型 共 6层 ,其 中 1层 、2层 层高为 4.5m,3 ̄6层 层
高 为 3.5m,各 层 平 面 布 置 均 相 同 ,3种 结 构 的平 面 布 置
2.ChinaConstructionEighthEngineeringDivisionCorp.Ltd.,TianjinBranch,Tianjin 300452,China) 【摘 要 】以现行框架设计方 法为基础,对一种新型的摇摆填 充墙 .框架结构进行抗震设计方法研 究。采用静力非线性分 析 方法,对比 了摇摆 填充墙 .框 架结构 与普通填 充墙 .框架结构和纯框架结构的性能 差异 。依据 GB50011-2010 ̄建筑抗 震 设 计 规 范 对 摇摆 填 充墙 .框 架结 构 分 2个 阶段 进 行 设 计 ,分 别 为 多遇 地 震 烈 度 下 结 构 的 内 力 变 化和 罕遇 地 震 烈 度 下 结 构 的 最 大层 间位 移 角验 算 。 最 后针 对 墙 体 的 ”摇 摆 ”对 框 架 梁 的延 性 要 求提 高 的 问 题 ,简 述 了需要 采 取 的 相 应 构 造措 施 。 [Abstr act]Basedonthecurrentframedesignmethod,theseismicdesig n methodofanewtypeofrockinginfilledwallframestructure
某超限高层框架抗震墙结构优化设计与分析
如 表 4所 示
江苏盐城某框 架抗震墙建 筑 , 3 共 2层 , B级 高度 。 超
总 高 度 约 为 16I. 框 架 分 别 为 4 4 I外 T 5i n和 3 抗 震 墙 内 5 m. 简 分 别 为 2 和 1 。 抗 震 设 防烈 度 为 7度 。 防类 别 6m 0I 其 n 设
为 标 准 设 防 类 立 面 图如 图 1所 示 .8层 和 2 O层 的结 构 布
结 构 抗 震 性 能 水 准 1 5结 构 预 期 的 震 后 性 能状 况 如 ~
表 5所 示
3 结 构 分 析 优 化 首先采用 20 0 9年 版 的 S T A WE进 行 建 模 计 算 . 算 结 计
O p i i a i n De i n a a y i fa H i h- ie Fr m e Sh a a lSt u t r tm z to sg nd An l ss o g r s a e r W l r c u e
BA0 B n J ANG Xi XU Ha- u ig I n ih a
( aj g rhtc rl ei N ni c i t a D s n& R sac stt C . t, aj gJ n s 10 5C ia nA eu g eerhI tue o, d N n n i gu2 0 0 hn ) ni L i a
Abs r c : n t s pa e ,t e tu t r f t e p o r m,p ro ma c ,de i n a d t r a pe t f a h g t a t I hi p r h sr c u e o h r g a e r ne f sg n ohe s c s o ih—rs ie
框架-摇摆墙在结构抗震中应用
Ab s t r a c t : F r a me—r o c k i n g Wa l l a s a n e w f o r m o f a r c h i t e c t u r e . i t i S p o s s i b l e t o i mp r o v e t h e s e i s mi c p e r f o m a r n c e o f
b ui l d i n g s . Th e n e w d e s i g n h a s a r e s u me f un c t i o n a r c h i t e c t u r e , i t h a s b e c o me a s e io r us p r o b l e m. Th i s p a p e r d e s c ibe r s
Fr a m e— - r o c ki n g W a l l i n St r uc t ur a l S e i s mi c
WE I J i a n—q i u 。 HU ANG C h u n—h u a
( 1 : S c h o o l o fI n f r a s t r u c t u r e D e p a r t me n t , J i l i n J i a n z h u U n i v e r s i t y , C h a n g c h u n , C h i n a 1 3 0 1 1 8 ;
a f r a me wo r k c o n c i s e—S w i n g w a l l c o n c e p t p r i n c i p l e , f r o m s wi n g w a l l s t i f f n e s s c o n t r o l a n d d e s i g n o f t h e t w o n o d e s a r e
框架–摇摆墙结构抗震性能的研究
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2019, 8(2), 413-419Published Online March 2019 in Hans. /journal/hjcehttps:///10.12677/hjce.2019.82048Seismic Performance Analysis ofFrame-Rocking Wall StructuresWei Nie, Shuxian Liu, Shasha Lu*, Wei Wang, Tianbao Liang, Li Nie, Lin Wang, Wei Zhang School of Civil Engineering, Liaoning Technology University, Fuxin LiaoningReceived: Mar. 2nd, 2019; accepted: Mar. 19th, 2019; published: Mar. 26th, 2019AbstractIn order to study the seismic performance of the frame-swing wall structure system, a six-story concrete frame model is designed according to the seismic code of concrete. The structural model of the frame-swing wall and the frame structure model are established by the finite element soft-ware. And combined with the shaking table experiment, the seismic response of the two models before and after the additional rocking wall is obtained. The analysis results show that the inter layer displacement angle of the model after the additional rocking wall tends to be consistent, and the concentration of deformation between the layers is effectively controlled, which improves the failure mode of the structural “strong column weak beam” and forms the failure mechanism of the overall yield. Compared with the typical shear failure characteristics of the frame structure, that is, the overall deformation is “U” type, the overall deformation of the frame rocking wall is “swinging”type, which can effectively control the displacement concentration of the bottom layer of the structure, and has a good shock absorption effect.KeywordsFrame Rocking Wall Structure, Shaking Table Experiment, Overall Yielding框架–摇摆墙结构抗震性能的研究聂伟,刘书贤,路沙沙*,王伟,梁天宝,聂莉,王林,张伟辽宁工程技术大学土木工程学院,辽宁阜新收稿日期:2019年3月2日;录用日期:2019年3月19日;发布日期:2019年3月26日*通讯作者。
框架-摇摆消能桁架减震体系抗震性能分析
通过 水 平 连 杆 和 消 能 斜 撑 相 连 而 成 , 消能桁架与框架 主体采用 铰结连 接。利用通用 有限元 软件 S A P 2 0 0 0对 比分 析 了 框 架 与 摇摆消能桁架在不同地震强度影响下体系的弹塑性地震响应和层间变形特征 , 结 果表 明, 摇 摆 消 能桁 架 可 以减 轻 结 构 地 震 响 应, 使 结 构 各 层 层 间变 形 趋 于均 匀 。 同 时研 究 了耗 能 元 件 与 主 体 结 构 在 不 同水 平 地 震 时耗 散 地 震 能 量 的 性 能 , 摇 摆 消 能桁 架 可 以在 地 震 强 度 不 大 时 就 可 以发 挥 耗 能 功 能 保 护 主 体 结 构 。研 究 结 果 表 明 , 摇 摆 消 能 桁 架 在 减 轻 震 害保 护 建 筑 方 面 具 有 优
析, 研究表明, 与 固定基础 核 心筒 相 比,摇 摆 核心 筒 可 大 幅减 小 结 构 的 动力 反 应 ; 2 0 0 5年 , D e i e r l e i n和
E a t h e r t o n等 提 出 了 由两 个 并 排 的摇 摆 钢 支撑 框
架组 成 的结构 体 系 , 两个 钢 支 撑 框 架 之 间用 沿 高 度 均匀 布置 的耗 能元 件 连 接 , 采 用 后 张 预应 力 复 位 的
内嵌式摇摆墙刚度对框架结构抗震性能的影响
在7 度罕 遇地 震作用下 , 三种结构在相 同谱 位移 0 . 0 3 1 m下 , 谱加 速度有所提高 , 分别为 0 . 1 1 8 , 0 . 1 2 4 , 0 . 1 3 。说 明在 7 度 罕遇
地震作 用下 , 三种结构都进入塑 性 , 但 随着摇 摆墙 刚度 的增加 , 结 构进 入塑性程度更深 。随着地震烈度 的增加 , 各结 构性 能点 都有 所提高 , 都 能适 应更大强度 的地震 , 进入塑性 的 时间也越 来越 晚 , 抗震 能力都有很 大的提高 。 由此可见 , 刚度 比越 大的内嵌式摇摆 墙框架 结构 承受地 震作 用的能力越强 , 随着摇摆 墙刚度 的增 加 , 结 构的 承载能 力 , 延性 等 都有很大提 高。
析[ J ] . 湘潭大学 自然科 学学报 , 2 0 1 1 , 3 3 ( 4 ) : 5 4 - 5 7 . 破坏机制研 究[ J ] . 煤炭工程 , 2 0 1 2 ( 3 ) : 1 1 4 — 1 1 6 .
划分 , 粉红色 B、 深蓝色 1 0、 浅蓝色 L s 、 草绿色 C P分别 对应屈服 阶 [ 2 ] 杨树标 , 郭恩平 , 贾剑辉. 设置 少量 剪力墙 的 多层 框 架结构 段、 立 即使用阶段 、 生命安全 阶段 、 防止倒塌 阶段 的塑性 铰程度 。 3 ] 潘 鹏, 曹海韵 , 叶列平 , 等. 混凝土框 架增 设摇摆墙 前后抗 由图 5一图 7可 以看 出 , 结构在 7度罕遇地 震下 , 三种结 构均 [ 震性能 比较 [ J ] . 土木 建 筑与环 境工程 , 2 0 1 0 , 3 2 ( s 2 ) : 3 2 6 — 出 现 不 同程 度 的 塑性 铰 。随 着 摇 摆 墙 刚 度 的 增 加 , 塑 性 铰 出 现 更 加均匀 , 4 . 5 m摇摆墙结构 中达到 1 0阶段 的塑性 铰 比4 m 摇摆墙 中达到 1 0阶段 的塑性铰 比4 . 5 m摇摆墙结构 中达 到 I O阶段的塑
可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析
可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析本文在回顾可控摇摆自复位结构体系最新发展动态后,进行了有限元模拟方法的试验验证。
并按照这种模拟方法,分别建立了三层和七层可控摇摆自复位结构体系模型,通过两频段选波方法,筛选出合适的地震波进行时程分析。
以理论和模拟研究相结合的方法,具体分析了结构体系在小震、中震和大震下的抗震性能。
主要结论如下:1)通过合理设计,可控摇摆自复位钢框架结构体系利用自身刚体转动,带动放置于两框架间的蝴蝶型耗能钢板耗能,并通过钢绞线提供的回复力,保证结构在地震结束后能够回复到原有位置,实现“小震不坏、中震可修、大震不到”的设防目标。
2)可控摇摆自复位钢框架结构体系的工作性能主要与钢绞线和耗能器协同工作关系有关,而这种协同工作关系通过自复位率来表征,自复位率越大结构在震后残余变形越小,但此时耗能器产生的塑性变形小,耗能效果差,因此对于可控摇摆自复位结构选取合适的自复位率至关重要.本文分别对具有不同自复位率的可控摇摆钢框架结构体系进行了研究分析,得出对于双跨摇摆自复位结构,自复位率取值的合理范围为0.5~1.5。
3)本文对三层和七层可控摇摆自复位结构体系进行抗震性能研究,得出结构性能目标为:(1)在正常使用阶段,柱脚不抬起,此时柱脚节点近似于铰接节点,框架依靠自身刚度抵抗水平侧向荷载,结构的竖向传力路径为板-梁-柱;(2)在多遇地震下,柱脚可以发生轻微抬起,抬起高度不超过结构总高度的千分之二,顶点最大位移比和各层层间位移角不超过0.4%,耗能器不产生塑性变形,结构滞回曲线无滞回环;(3)在中震下,柱脚抬起,在某些地震动作用下,耗能器可以产生一定的塑性变形,结构滞回曲线捏缩,但钢绞线不产生塑性变形,此时结构最大顶点位移比和各层层间位移角不超过1.5%;(4)在罕遇地震下,结构柱脚抬起,耗能器产生较大的塑性变形,结构滞回曲线饱满,但钢绞线依然不产生塑性变形,结构顶点最大位移比和各层层间位移角不超过2.0%。
框架-摇摆墙结构损伤后受力性能分析
第 40 卷第 1 期2024 年2 月结构工程师Structural Engineers Vol. 40 , No. 1Feb. 2024框架-摇摆墙结构损伤后受力性能分析林坚豪陈跃*李青倩(宁波工程学院浙江省土木工程工业化建造工程技术研究中心,宁波 315211)摘要基于已有的离散-连续参数模型,对损伤后框架-摇摆墙结构的受力性能进行了研究。
假定损伤只发生在框架结构上,没有实现“强柱弱梁”的损伤方式,损伤以柱端产生塑性铰的形式出现。
研究结果表明:相比未损伤前,损伤后结构的侧向变形有一定的增加,结构最大内力有增有减,二者数值大小的变化与产生塑性铰楼层位置和塑性铰的形式有关。
对于框架-摇摆墙结构,有目的地设置薄弱层,对降低结构内力,使层间相对变形趋于均匀是有利的。
关键词框架-摇摆墙,参数模型,层屈服机制,塑性铰Mechanical Behavior Analysis of Frame-Rocking Wall StructuresAfter Being DamagedLIN Jianhao CHEN Yue*LI Qingqian(Zhejiang Engineering Technology Research Center for Civil Engineering Industrialized Construction,Ningbo University of Technology, Ningbo 315211, China)Abstract In this paper,the mechanical behavior of frame-rocking wall structures(FRWSs)after being damaged has been investigated based on the discrete-continuum parametric model. It’s assumed the damage only occurs in the RC frame, and the mode of ‘strong column and weak beam’ is not realized. The damage appears in the way of plastic hinges at the column ends. The research results demonstrate that compared with the undamaged FRWS, all the maximum lateral deformations after being damaged increase, but the change of maximum internal forces has no clear law. The variation of both are related to the locations of the floors where the plastic hinges generate and the form of the plastic hinges. Finally,a conclusion can be drawn that it’s beneficial to reduce the internal forces and make the inter-story drifts uniform if a weak story is set intentionally for a FRWS.Keywords frame-rocking wall, parametric model, story yield mechanism, plastic hinge0 引言框架-摇摆墙是自复位抗震结构体系中的典型代表之一。
框架摇摆墙结构受力性能研究
框架摇摆墙结构受力性能研究沈金生;余丁浩;杨树标【摘要】以某六层框架结构作为分析对象,设置不同刚度的摇摆墙,研究加入摇摆墙前后以及摇摆墙刚度大小对结构内力分布及变化规律的影响.分析结果表明:当框架结构层间刚度不均匀时,对摇摆墙的内力分布和结构受力会产生较大的影响,摇摆墙的剪力、弯矩均随地震强度和刚度比的增加而增加,摇摆墙的加入减小了框架部分的地震作用,达到防止出现薄弱层的作用.%This article takes the six story frame structure adding different stiffness wall as the analysis object. The effects of adding the rocking wall and the wall stiffness variation on the structure internal force distribution and the changing rule are studied. From the analysis results it is concluded that: when the interlayer stiffness of the framework is uneven, it has great influence on the internal force distribution of rocking wall and the force of the structure. The shear force and the bending moment of the rocking wall increase with the increasing of earthquake intensity and stiffness ratio. With the addition of the rocking wall, the seismic effect of the frame part decreases, and the emergence of the weak layer is prevented.【期刊名称】《河北工程大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】5页(P38-42)【关键词】框架摇摆墙结构;层间刚度;地震作用;刚度比【作者】沈金生;余丁浩;杨树标【作者单位】河北工程大学土木工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学土木工程学院,河北邯郸 056038;河北工程大学土木工程学院,河北邯郸 056038【正文语种】中文【中图分类】TU398大量震害实例表明,框架结构很难实现“强柱弱梁”,柱端出铰的现象十分普遍,由此引起了大量框架结构出现层屈服破坏现象,此时结构的损伤集中于某一层,结构整体的耗能能力很低。
不同层数框架摇摆墙结构抗震性能研究
不同层数框架摇摆墙结构抗震性能研究贾剑辉;闫路路;杨树标;余丁浩【期刊名称】《地震工程与工程振动》【年(卷),期】2014(34)2【摘要】为研究框架摇摆墙结构中摇摆墙框架刚度比与结构层数的相关性,本文分别建立了4,6,8层钢筋混凝土框架结构并附加不同刚度的摇摆墙,运用有限元软件SAP2000建模进行静力非线性分析,得到各结构的抗震性能。
用结构的位移集中系数变化过程反映结构的破坏模式。
分析结果表明:相同刚度比的框架摇摆墙结构随地震力的增加结构位移集中系数的变化趋势基本相同,而与层数无关。
摇摆墙刚度比小于1.6%时,对框架的破坏机制影响很小。
摇摆墙的刚度比大于2.5%时,开始改变框架的破坏机制,逐渐从层破坏机制变为整体破坏机制。
摇摆墙的刚度比大于7%时,结构具有稳定的整体破坏机制。
【总页数】7页(P97-103)【关键词】不同层数;框架摇摆墙结构;静力非线性;抗震性能【作者】贾剑辉;闫路路;杨树标;余丁浩【作者单位】河北工程大学【正文语种】中文【中图分类】TU375;P315.92【相关文献】1.摇摆填充墙-框架结构抗震性能研究 [J], 杨树标;冯孟超;贾剑辉;言杰;李厚杰2.基于履带式阻尼器的框架-摇摆墙耗能结构抗震性能研究 [J], 张纪刚;付为;马哲昊;刘菲菲3.基于SMA装置的框架-受控摇摆墙结构抗震性能试验研究 [J], 董金芝;李向民;张富文;蒋利学;蒋璐;许清风4.框架–摇摆墙结构抗震性能的研究 [J], 聂伟;刘书贤;路沙沙;王伟;梁天宝;聂莉;王林;张伟;5.框架-预应力摇摆墙结构抗震性能试验研究 [J], 董金芝;张富文;李向民因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
摇摆墙在框架结构抗震加固中的应用浅析
摇摆墙在框架结构抗震加固中的应用浅析摘要:本文分析了摇摆墙在框架结构抗震加固中的应用。
摇摆墙是利用特别构造、底部有较大转动能力和抗侧刚度的构件;能较好控制结构的侧向变形;并且能与耗能设备统一,提升结构的耗能水平以及结构的抗震性能。
本文对一个采取摇摆墙进行抗震加固的11层框架结构进行了弹塑性分析,并对比分析了加固前后结构的抗震能力。
结果表明:摇摆墙能较好降低原结构的平均地震响应水平,以及结果的离散水平;有利于控制原结构的破坏机制,提高总体抗震能力。
关键词:摇摆墙;框架结构;抗震加固;弹塑性分析1. 框架-摇摆墙体系的抗震机理分析框架结构的破坏机制是结构极限承载力分析时的重点。
设计人员应科学掌握并合理控制结构的破坏机制,从而进一步确定结构的极限承载力。
图1是假设没有任何边界约束的框架,且将可能发生的破坏机制简化成图1(b)~(f)。
B1与B2为梁铰破坏机制。
C1与B1为最不利的破坏机制:大部分结构构件的承载能力未能发挥,且耗能水平较低,塑性铰将存在较大的变形,在设计过程中应避免[1]。
C2、B2相对较好,框架的耗能能力能较好发挥,但仍未能充分发挥。
另外,CB3属于整体破坏机制,每个构件形成变形较均匀的塑性铰,有利于较为充分地发挥每个构件的耗能能力。
2. 框架-摇摆墙体系抗震加固设计要点在采用摇摆墙进行结构加固时,摇摆墙和阻尼器的抗震性能需求很大程度上取决于拟加固结构的动力特性[2],且应进行整体建模分析。
本文建议按照以下步骤进行设计:2.1由刚度需求初设墙体尺寸该加固体系的主要加固方式是通过具有较大抗侧刚度的摇摆墙来改善原框架的变形和破坏机制。
在设计的初期,可根据结构层数,预估墙体尺寸。
由以下两点假设来估计设备的规格与数量:1. 假定在地震基本设防烈度下结构的地震输入能均由阻尼器来耗散;2. 每个阻尼器要具备同样的变形能力[3]。
另外,确保所有阻尼器的整体塑性耗能水平EH超过地震输入能E1,即:EH>E1。
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第1期
曹海韵, 等: 混凝土框架摇摆墙结构体系的抗震性能分析
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表 1 质点串模型参数
Tab. 1 Parameters of Mass- spring Model
楼层 质量/ t 层高/ m
初始刚度 k1/ ( GN m- 1 )
屈服力 Qy/ MN
6
1 300
3. 0
2. 0
12. 0
5
1 300
第1期
曹海韵, 等: 混凝土框架摇摆墙结构体系的抗震性能分析
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0引言
混凝土框架结构在地震中易出现由柱端出铰而 导致的层屈服破坏现象, 这在历次地震中屡见不鲜。 层屈服破坏机制的缺点在于: 塑性铰个数少, 耗能 能力差; 由于受到轴压作用, 柱铰的变形能力和耗 能能力小; 结构变形集中, 容易引起层倒塌。为了 避免层屈服破坏机制, 各国规范均有关于 强 柱弱 梁 的规定, 但由于框架结构自身的受力特点和实际 工程的复杂性以及楼板和填充墙对结构性能的影响 等, 强柱弱梁 难以实现。在设计中提高柱端弯矩 增大系数是较为直接的解决方法, 但是一味提高柱 端弯矩增大系数在 实际工程设计 中并不现实。因 此, 有必要从结构体系的角度出发, 提出改善混凝土 框架结构抗震性能的方法。
系用于新建工程的案例[ 7] 。利用摇摆墙进行抗震加 固的案例有: Panian 等[ 8] 利用在结构中布置中部施 加预应力的墙体, 对 1 个 6 层混凝土框架进行了抗 震加固; Wada 等[ 9] 利用 摇摆墙对日本 东京工业大 学 1 个 11 层混凝土框架进行了抗震加固, 该工程在
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第 28 卷 第 1 期 2011 年 3 月
建筑科学与工程学报
Journal of Architect ure and Civil Engineering
Vol. 28 No. 1 M ar. 2011
文章编号: 1673-2049( 2011) 01-0064- 06
混凝土框架摇摆墙结构体系的抗震性能分析
图 4 混凝土框架结构模型
Fig. 4 RC Frame Structure Model
本文中考察结构在纵向的抗震性能。在该框架 结构的纵向设置 4 片混凝土摇摆墙, 墙截面尺寸为 3. 0 m 0. 3 m。共计算了 2 种工况, 工况 1 为摇摆
图 6 计算模型 Fig. 6 Calculation Models
收稿日期: 2010-12-18 基金项目: 国家自然科学基金重点项目( 90815025); 国家自然科学基金青年科学基金项目( 50808107) ;
住房和城乡建设部中美合作专题项目( 2010) 作者简介: 曹海韵( 1986- ) , 男, 新疆和田人, 工学硕士研究生, E- mai l: caohy05@ mai ls. t singh ua. edu. cn。
如果在摇摆墙与主体结构间设置阻尼器, 则可 以进一步增加结构耗能能力, 在墙体和基础间施加 预应力还可以使结构有自复位能力。摇摆墙结构体 系抗震性能优良, 是一种有工程应用前景的新型结 构体系。
摇摆墙结构体系源于 受控摇摆结构体系 的概 念, 已有不少学者对这种结构体系做了研究, 其中具 有代表性的有 M idorikaw a 等[ 1] 、A jrab 等[ 2] 、Eathert on 等[ 3] 、M arriot t 等[ 4] 、M acrae[ 5] 和 Ji 等[ 6] 。近 几年来, 也有一些摇摆 墙结构体系的 工程应用, 如 Stevenson 等 在 位 于 Berkeley 的 David Brow er Cent er 结构中部设置 C 形预应力墙体, 墙体在强震 中纵筋屈服, 端部可以抬起, 该工程是摇摆墙结构体
限元软件 SAP2000 建立了该结构的简化模型, 并通过弹塑性动力时程分析, 得到了附加摇摆墙前
后结构的地震响应。分析结果表明: 附加摇摆墙后, 结构以摆动振型振动, 各层的层间位移角趋于
一致, 结构层间变形的集中得到有效控制, 从而使结构形成整体屈服破坏机制, 防止局部层屈服破
坏机制的产生, 充分发挥整个结构的耗能能力; 附加摇摆墙后, 结构周期略有减小, 不会显著增加结
图 5 工况 1 的摇摆墙布置
Fig. 5 Layouts of Rocking- wall of Case 1
为了考察设置和未设置摇摆墙框架结构的地震
响应, 建立了 3 个模型, 分别称之为模型 1、模型 2、 模型 3。模型 1 为框架结构模型; 模型 2 为框架摇 摆墙模型, 在结构外侧设置了与结构同高的摇摆墙, 用以考察摇摆墙结构体系的抗震性能; 模型 3 为框 架半高摇摆墙模型, 该模型在结构外侧设置了仅有 3 层楼高的摇摆墙, 用以考察不完全摇摆墙结构体 系的抗震性能, 计算模型如图 6 所示。
Abstract: T he seism ic responses o f a 6- st ory reinf orced concret e ( RC) f rame w it h and w it hout the rocking- wall w ere compared using the elast ic- plast ic t im e histo ry analysis by general finit e element so ft w are SAP2000. T he analysis result s show t hat t his syst em is fo rced t o vibrat e on a rocking mode during t he eart hquake. T he failure mechanism of this st ruct ure is o ver al l yielding mechanism inst ead o f st or y yielding m echanism w hen it get s dam ag ed. T he overall yielding mechanism endow s sat isfacto ry energ y dissipat ion capacit y of the st ruct ure. T he sto ry dr if t beco mes more unif orm distr ibut ed and t he defor matio n concentr at ion phenomena significant im pr oved thanks t o t he ro cking- w all. T he f ir st st ory drif t can also be ef f ectiv ely cont rolled even if the addit io nal height of rocking- w all only reaches half of the ent ir e heig ht of st ruct ure. T he RC fram e rocking- wall st ruct ure syst em has sat isf act ory seismic perf orm ances. Key words: rocking- w all; seismic ret rof it; subst ruct ure; f rame st ruct ure; t im e hist ory analysis
墙底通过齿槽与基础连接, 墙体与结构间布置了大 量阻尼器。
目前, 中国关于摇摆墙结构体系的研究尚处于 起步阶段。本文中以某抗震设防为 7 度的 6 层混凝 土框架为例, 采用 通用有限元软件 SAP 2000, 选取 10 条具有代表性的地震记录, 通过弹塑性动力时程 分析方法, 比较设置摇摆墙前后框架结构抗震性能 的变化, 考察框架摇摆墙结构的抗震效果。
利用通用有限元软件 SAP 2000 建立了表征结 构纵向抗震性能的 6 自由度质点串模型, 模型参数 如表 1 所示。楼层之间采用非线性 L ink 单元连接, 在剪切方向采用 塑性强 化模型, 屈服 后刚 度 k2 = 0. 02k1( 图 7) , 其余方向固定。摇摆墙采用可考虑 剪切变形的梁单元模拟, 并在底部铰接。各层质点 和摇摆墙之间采用两端铰接的刚性链杆连接。
3. 0
2. 1
12. 6
4
1 300
3. 0பைடு நூலகம்
2. 2
13. 2
3
1 300
3. 0
2. 3
13. 8
2
1 300
CA O H a-i yun1 , P A N P eng1, 2 , Y E Lie- ping 1, 2 , Q U Zhe1 , L IU Ming- xue3
( 1. Depart ment o f Civil Eng ineering , T sing hua U niv ersity , Beijing 100084, China; 2. K ey L abo rato ry of Civil Engineer ing Safety and Dur ability o f M inistr y of Education, T sing hua U niv ersity , Beijing 100084, China; 3. Beijing Space- time Cr eator Ar chitect ur e Design Co. , L td, Beijing 100840, China)
曹海韵1, 潘 鹏1, 2, 叶列平1, 2, 曲 哲1, 刘明学3
( 1. 清华大学 土木工程系, 北京 100084; 2. 清华大学 土木工程安全与耐久教育部重点实验室, 北京 3. 北京时空筑诚建筑设计有限公司, 北京 100840)
100 08 4;
摘要: 为研究框架摇摆墙结构体系的抗震性能, 以 1 个 6 层混凝土框架结构模型为例, 利用通用有