框架—摇摆墙结构动力响应与抗震性能研究

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近年来,中国乃至世界上地震频发且灾害严重,而地震中的框架结构很容易倒塌破坏,给人民的生命安全和财产安全造成了极大威胁,因此减小地震危害极为重要。框架一摇摆墙结构体系是一种新型的抗震结构体系,它可以改善框架的层屈服现象,减小结构层间位移集中程度,在抗震减灾领域应用前景广阔。现阶段对框架一摇摆墙的研究多集中于滞回性能、拟静力试验、极限承载力等非弹性行为,对其动力响应缺乏理论研究。本文主要针对两点摇摆式和基础铰接式两种不同形式的框架一摇摆墙体系,进行了理论分析和抗震性能研究,分析验证了框架一摇摆墙体系具有优异的抗震性能。本文主要研究内容如下:(1)研究了带预应力拉索的两点摇摆式单自由度框架一摇摆墙结构及两自由度框架一摇摆墙结构在近断层脉冲激励下的动力响应,根据牛顿第二定律和动平衡原理,推导了其动力方程。(2)利用ABAQUS有限元软件建立两点摇摆式框架一摇摆墙结构有限孟模型,得到其在正弦脉冲地面运动加速度激励下的响应,验证了框架一摇摆墙结构动力响应理论推导所得结果的正确性。结果表明,多自由度结构体系的动力方程依然为单自由度,是墙转角的函数,多自由度框架一摇摆墙结构体系的动力方程可转化为关于转角的单自由度方程。(3)以两点摇摆式两自由度体系为例,对摇摆墙转角和楼层位移在近场脉冲地面运动激励下的动力响应进行参数分析,得到了结构在正弦脉冲、余弦脉冲作用下的框架位移、摇摆墙转角时程曲线,研究了质量比、自振周期、墙体形系数对结构抗震性能的影响。结果表明,框架自振周期对摇摆墙的转角和位移响应影响显著,体型系数对摇摆墙动力响应影响不大,质量比的影响比较复杂。(4)建立了不同场地条件下两点摇摆式单自由度框架一摇摆墙结构的位移反应谱,可用于地震作用下框架一摇摆墙结构的抗震反应谱设计。(5)基于Lagrange方程,建立了地震作用下基础铰接式摇摆墙体系的动力方程,并利用有限元软件模拟验证。(6)对基础铰接式多自由度框架一摇摆墙结构的动力响应进行参数分析,研究了质量比、自振周期、墙体形系数对结构动力响应的影响。(7)利用SAP2000建立基础铰接式框架一摇摆墙结构的有限元模型,进行静力弹塑性分析和动力时程分析,对比框架结构、框架一全高摇摆墙结构、框架一半高摇摆墙结构、框架一剪力墙结构的层间变形,证实摇摆墙结构具有优越的抗震性能。
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