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基于金属橡胶阻尼器耗能减震框架剪力墙体系的抗震研究

赵亚哥白  
【摘要】:随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快,高层建筑成为城市文化的标志,而我国很多百万人口以上规模的城市都在强地震区,因此,保护城市高层及超高层建筑在地震作用中的安全仍然是今后建筑结构抗震研究领域的重要研究任务。钢筋混凝土框架-剪力墙和框架-筒体结构已经成为高层建筑的首选结构形式,而剪力墙作为框-剪和框-筒结构中主要受力构件,对其抗震性能所进行的研究无疑具有重大的理论意义和重要的实际工程价值。罕遇地震下剪力墙墙肢首先发生破坏,不利于剪力墙结构体系二道抗震防线的实现,也不能保证贯彻结构“大震不倒”的抗震设防原则。为此,剪力墙结构的延性设计要求罕遇地震作用下连梁先于墙肢屈服,通过连梁形成塑性铰耗能。结构耗能减震技术已经被证明是一种有效的结构抗震技术,通过在结构中加入具有较大耗能能力的耗能器,正常使用情况下保证一定侧向刚度,结构处于弹性状态,大震时随着侧向位移的增大,耗能器产生较大阻尼,集中耗能,降低结构振动响应,避免主体结构损伤。 本文结合国家自然科学基金项目“框架剪力墙结构倒塌破坏机制及两阶段失效模式控制研究”(No.90915003),将研究重点放在基于耗能减震技术的剪力墙结构抗震性能研究,同时研究可安装在剪力墙连梁上的变形自回复耗能减震装置,在减小连梁塑性损伤的同时,充分耗散地震能量,并确保耗能减震装置地震后变形可自回复,不需替换。 本文首先研究金属橡胶材料(MR)制备工艺,针对不同成型密度的金属橡胶试件,进行了静力、动力荷载作用下的压缩和剪切性能试验,分析滞变性能;研究了MR的阻尼机理、变形自复位滞回能力。其次,建立了MR刚度硬化本构模型,并对MR材料本构进行了二次开发。同时提出了基于MR材料的双推杆套筒型阻尼器的概念,以一榀12层钢筋混凝土联肢剪力墙和18层钢筋混凝土框架剪力墙为实例,应用ABAQUS软件建立了高精度、高计算效率有限元模型;采用不同参数的MR阻尼器,分别对结构进行非线性地震响应仿真分析。最后,研究新型MR耗能连梁-框架剪力墙体系整体结构地震失效模式。利用结构整体损伤指标量化失效模式。


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