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底部大空间剪力墙结构抗震性能研究

徐磊  
【摘要】:底部大空间剪力墙结构是一种复杂的结构形式,在我国高层建筑中应用非常广泛。由于受力机理复杂,设计难度很大,在工程实际中大空间剪力墙结构常用的结构转换形式有梁式转换和板式转换两种。由于结构体型复杂,在该类型结构的设计中经常出现多项指标设计规范限值的情况。目前对体型复杂的底部大空间剪力墙结构的抗震性能研究尚显不足,多数研究主要是对结构进行整体结构的有限元理论分析。本文紧密围绕该两类结构,采用振动台试验研究与有限元理论计算相结合的手段,进行了深入的研究。着重研究以下几个问题: (1) 将带转换层结构简化为一变截面悬臂结构,采用阶梯形变截面Euler-Bernoulli梁的求解理论计算了其自振特性,通过变化转换层上下刚度比和转换层设置高位分析对结构自振特性的影响,探讨了转换层上下刚度比和转换层设置高位对结构自振特性的影响规律。分析偏心结构平扭耦合结构振型规律,采用有限元方法计算不同偏心率对结构平扭耦合特性的影响。 (2) 转换层厚板的存在对整体结构的抗震性能产生一定程度的影响,以板式转换底部大空间剪力墙结构工程实例为研究对象,建立了三维有限元分析模型进行结构抗震性能分析。详细分析这一结构的动力特性,并提出了主振型位移角的概念,发现该概念在复杂高层结构的结构选型和方案设计阶段具有较好的效果。讨论振型分解反应谱法中合理振型组合数量问题,并研究结构的地震反应内力和位移反应的特点。考察了转换层上下刚度比和转换层设置高位对结构动力特性以及地震反应的影响。 (3) 对梁式转换结构按相似关系设计制作了整体结构模型,进行了三向模拟地震振动台试验。研究模型结构的动力特性以及在不同烈度地震动作用下模型结构的加速度反应和位移反应,根据试验现象和试验结果分析了模型结构的薄弱部位,破坏机理,提出了改进设计建议。随后对结构进行了有限元计算,进一步揭示了结构的地震反应特点,计算结果与振动台试验结果吻合较好。将计算模型变换转换形式,对比两种转换方式对结构抗震性能的影响。 (4) 在结构地震反应计算中,采用时程分析法和振型分解反应谱法两种算方法,并对以上两种计算结果进行对比分析,得出适合结构设计的地震反应计算方法。 (5) Push-over法是结构弹塑性地震反应分析的简化计算方法,以往的研究中主要是将剪力墙结构简化为等效框架结构进行分析,本文拓宽了这一方法,将梁式转换结构中剪力墙按壳元模拟并进行弹塑性地震反应分析。研究了剪力墙结构的开裂形式、开裂部位、开裂顺序以及连梁塑性铰的出现位置、出现顺序等问题。通过计算得到了结构的基底剪力一顶点位移反应曲线,以此对结构的抗震延性性能进行了评价。用能力谱法


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