填充墙对框架—剪力墙结构动力特性影响的试验研究与计算分析

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结构的动力特性是结构自身的重要参数。影响结构动力特性的因素比较复杂,其中的填充墙是一个重要因素。目前国内外对填充墙影响结构动力特性方面的研究主要集中于框架和框架支撑结构体系,而且研究结论大多是定性的,在其对框架—剪力墙结构动力特性影响的研究并不多见,可以借鉴的理论和经验也比较局限。目前的设计方法中,填充墙对周期的影响通常是根据填充墙的数量,对基本周期乘以折减系数,折减系数一般取值为0.6-1,这是一个笼统的范围。填充墙的加入对高阶周期怎样影响,影响程度如何还有待于进一步的深入研究。另一方面,由于纯框架结构的变形为剪切型;纯剪力墙的变形曲线是弯曲型。理想的等刚度剪切梁的频率比为1:3:5,理想的等刚度弯曲梁的频率比为1:6.27:17.55。在框架—剪力墙结构中,填充墙的加入对结构的频率比如何影响,值得研究。基于以上几个方面,本文分别应用实验模态分析(EMA)和有限元法模态分析(FEM)两种手段相结合的方法对某一框架—剪力墙结构进行动力特性进行研究,主要内容和结论如下:1.总结了近年来国内外填充墙的研究状况和现行规范对填充墙的规定要求,认为在实际结构设计以及应用中,填充墙的刚度影响不可忽略。2.对本文工程实例的刚度进行了简单的手算,比较填充墙加入前后的变化发现:填充墙的加入,使得结构的刚度有了很大的提高。3.利用脉动法分别从纵、横两个方向对某框架—剪力墙结构的动力特性进行了测试。运用Vib’SYS软件对试验数据进行分析,识别出了结构固有频率和相应的振型等模态信息。并根据现行规范估算出结构基本周期,对比表明试验结果符合规律。4.对目前已有填充墙模型进行总结和分析,并根据填充墙的实际受力变形特点,对常用的填充墙模型进行了改进,提出一种更合理有效的填充墙等效模型—半刚度填充墙元模型。通过具体算例验证了模型的合理性,算例中分别考虑了填充墙布置、数量和材料等影响因素。5.按照工程实际情况,应用本文建议的半刚度填充墙元模型,分别在未考虑和考虑填充墙的情况下,基于ANSYS软件,建立结构的模型,进行模态分析,获取动力特性参数,并进行对比,分析了填充墙的影响作用。6.对比有限元分析计算和试验所得结果,结果表明两者自振频率吻合较好,振型曲线一致。同时也说明了利用本文提出的半刚度填充墙元模型模拟填充墙在工程实践中有良好的可靠性。
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