带SMA自复位连梁的钢筋混凝土框架—剪力墙结构抗震性能研究

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框架-剪力墙结构是高层建筑中普遍采用的抗侧力结构体系。传统建筑结构抗震设计方法中,对结构中剪力墙的延性设计要求罕遇地震作用下剪力墙中的连梁先于墙肢屈服,通过连梁形成塑性铰耗能,同时改变结构振动频率,避开地震的卓越周期,一定程度上减弱结构共振响应。然而连梁本身塑性变形的积累总不可避免地导致连梁的损伤破坏,地震后虽可修复但修复费用较大,施工工期较长,影响地震后建筑结构使用功能的快速恢复并由此带来不可预测的间接经济损失。因此,研究新型自复位连梁,使得剪力墙中的连梁在地震下既能有效耗散能量,其塑性变形在地震后又可自动回复,无疑具有重要的理论意义和实际工程意义。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种具有多种特殊力学性能的新型功能材料。处于奥氏体状态的SMA材料在受力产生超弹性变形时,具有较好的耗能能力,同时当外力消失时,由于材料内部晶体相变的作用,材料的变形可完全自动回复。因而SMA材料的出现为开发新型具有较好耗能能力和自回复特性的剪力墙连梁提供了可能。本论文利用SMA材料的超弹性特性,开发新型可承受剪切变形的阻尼器,并将其安装在剪力墙连梁中部,使得新型连梁在地震作用下先于剪力墙墙肢屈服耗能,减轻混凝土连梁的损伤,起到分灾元件的作用。同时地震后SMA阻尼器的变形由于SMA的超弹性特性而自动回复。本论文的主要研究内容如下:(1)讨论SMA阻尼器在自复位连梁中的合理安装位置;提出SMA阻尼器的详细构造设计;分析并给出安装SMA阻尼器的自复位连梁的特征设计参数:屈服力比Γ、屈服位移比Δ、阻尼器与连梁刚度比K。(2)以连梁子结构为研究对象,建立其Abaqus有限元分析模型,研究安装SMA阻尼器的单根自复位连梁分别在静力单调荷载及往复荷载作用下的受力、变形、损伤模式等,重点讨论自复位连梁的特征设计参数(Γ、Δ、K)对上述性能的影响,在构件设计层次得到自复位连梁特征设计参数的合理取值范围。(3)以一幢18层框架-剪力墙结构为研究对象,各层连梁均安装SMA阻尼器,建立整体结构Abaqus有限元分析模型,通过对具有不同自复位连梁设计参数(Γ、Δ、K)的框架-剪力墙结构在10条地震波作用下的反应进行动力弹塑性时程分析,研究了在不同水平的地震动(大震、中震、小震)作用下,自复位连梁设计参数对整体结构反应(顶点相对基底位移角、层间位移角、楼层绝对加速度、基底总剪力)及结构构件反应(连梁端部剪力、连梁弦转角、阻尼器应变)的影响规律。
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