裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)理論分析與振動臺試驗研究.pdf

1、在我國，住宅類高層建筑大多采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，隨著住宅產(chǎn)業(yè)化和建筑工業(yè)化的發(fā)展，預制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)（precast concrete shear wall structure，簡寫為PCSW結(jié)構(gòu)）將會得到廣泛的推廣和應用。新型PCSW結(jié)構(gòu)的開發(fā)及其抗震性能的研究業(yè)已受到學術(shù)界和工程界的廣泛關注。
　　基礎隔震技術(shù)是一種有效、經(jīng)濟和現(xiàn)實可行的結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)。國內(nèi)外多次地震經(jīng)驗表明，采用基礎隔震技術(shù)可以有效提高房屋的抗震能力，使

2、房屋結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部設施免受地震損害。
　　本文創(chuàng)新性地提出一種新型裝配式剪力墻水平構(gòu)造連接方式，該構(gòu)造連接方式具有裝配簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。對采用該種裝配式水平構(gòu)造連接的預制裝配式固結(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)（PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)）進行振動臺試驗，研究裝配式水平構(gòu)造連接在地震作用下的受力性能;首次開展預制裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)（PCSW隔震結(jié)構(gòu)）的振動臺試驗研究，對高阻尼隔震支座（high damping rubber bearing，簡寫為HDR隔震

3、支座）提高PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)抗震性能的有效性進行分析。建立PCSW隔震結(jié)構(gòu)和PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的有限元模型，對兩者在地震作用下的地震響應進行數(shù)值模擬。在此基礎上，對PCSW隔震結(jié)構(gòu)進行增量動力分析，對其地震易損性和抗倒塌性能進行研究。最后，提出PCSW隔震結(jié)構(gòu)直接基于位移的設計方法（direct displacement-based design，簡寫為DDB設計方法）。本文主要研究內(nèi)容和所取得的主要研究成果包括:
　　(1)完成了設

4、有新型水平構(gòu)造連接的裝配式固結(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)振動臺試驗研究。
　　首先，創(chuàng)新性地提出一種新型裝配式剪力墻水平構(gòu)造連接方式，分析其受力機理，闡述其設計原理，提出其設計方法。然后，對設置有新型裝配式水平構(gòu)造連接的PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆剪力墻固結(jié)結(jié)構(gòu)（cast-in-situ concrete shear wall fixed structure，簡寫為CCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)）進行振動臺對比試驗，對比研究兩者在模擬地震作用下的動力特性和動力響應。

5、研究表明，在模擬地震作用下，新型裝配式水平構(gòu)造連接工作性能良好，能夠滿足罕遇地震作用下的連接要求;PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)具有和CCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)相似的動力特性、破壞模式和動力響應。
　　(2)首次開展了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)振動臺試驗研究。
　　首先，對HDR隔震支座進行力學性能試驗，分析其水平剛度和等效阻尼比;然后，對PCSW隔震結(jié)構(gòu)和PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)進行振動臺對比試驗，通過對結(jié)構(gòu)動力特性和地震響應的對比分析，研究了PCSW隔震結(jié)構(gòu)

6、的隔震效果和耗能特性。研究表明，PCSW隔震結(jié)構(gòu)的自振周期遠小于PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的自振周期，PCSW隔震結(jié)構(gòu)的阻尼比遠大于PCSW固接結(jié)構(gòu)的阻尼比。在模擬地震作用下，PCSW隔震結(jié)構(gòu)的加速度響應和位移響應均遠小于PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的相應地震響應。
　　(3)自主編制了裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的分析程序，并成功應用于振動臺試驗的數(shù)值模擬。
　　基于OpenSees軟件，自主編制PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和PCSW隔震結(jié)構(gòu)的分析程序，對兩者在地震作

7、用下的彈塑性地震響應進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明，自編程序能夠較好模擬PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和PCSW隔震結(jié)構(gòu)的力學行為，數(shù)值模擬所得PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)和PCSW隔震結(jié)構(gòu)的加速度和位移結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。隨著地震動強度的增加，加速度及位移的計算值和實測值之間的誤差逐漸增加。當峰值加速度為400gal時，計算值與實測值之間的誤差達11％左右。
　　(4)實現(xiàn)了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)的增量動力分析，有效評估了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。

8、r>　　選取遠場地震動（FF地震動）、近場含脈沖地震動(NFWP地震動)和近場不含脈沖地震動(NFWNP地震動)對PCSW隔震結(jié)構(gòu)進行增量動力分析和易損性分析，揭示地震動的近遠場特性及HDR隔震支座的力學特性對PCSW隔震結(jié)構(gòu)抗震性能的影響;在此基礎上，評估PCSW隔震結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗倒塌能力。研究表明，HDR隔震支座的剛度硬化效應對PCSW隔震結(jié)構(gòu)抗震性能的影響較小。在地震易損性分析中，PCSW隔震結(jié)構(gòu)和PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)宜選用第一

9、周期對應的地震動加速度反應譜值Sa（T1，ξ1）和Sa（TF，ξF）作為自變量形成結(jié)構(gòu)的概率地震需求模型。在FF地震動、NFWNP地震動和NFWP地震動作用下，PCSW隔震結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力均大于PCSW固結(jié)結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。
　　(5)建立了裝配式隔震剪力墻結(jié)構(gòu)直接基于位移的設計方法。
　　綜合考慮HDR隔震支座和裝配式剪力墻的受力特點，確定PCSW隔震結(jié)構(gòu)的性能目標;首次提出考慮上部剪力墻結(jié)構(gòu)處于彈塑性狀態(tài)的PCSW隔震結(jié)