设置墙式金属阻尼器中空夹层钢管混凝土框架结构拟动力试验与理论分析

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近年来,钢-混凝土组合结构得到了长足的发展和广泛的应用,各种新型钢-混凝土组合结构层出不穷。中空夹层钢管混凝土结构(Concrete-Filled Double Skin Steel Tube)由内外两个截面形心重合的钢管组成并于钢管夹层浇筑混凝土达到协同工作,相较于钢管混凝土可以在减轻结构自重的同时保有抗弯刚度、承载力和耐火等性能;墙式金属阻尼器(Wall-type Metallic Damper)具有良好的滞回特性且构造简单、制作方便。采用中空夹层钢管混凝土和墙式金属阻尼器的组合结构具有广阔的应用前景。然而,目前缺乏对设置墙式金属阻尼器的中空夹层钢管混凝土框架的研究。本文将中空夹层框架结构与墙式金属阻尼器结合,有望在实际工程建设的装配式建筑中得到应用。为获悉此类框架的性能,本文开展了设置墙式金属阻尼器中空夹层钢管混凝土框架的抗震性能分析以及易损性分析,具有重要的理论价值和工程意义,主要研究内容如下:(1)设计1榀中夹层钢管混凝土框架验算证明原型框架结构的合理性和可靠性,并通过子结构交互方法划分数值子结构与试验子结构;依据试验子结构进行1榀两层单跨的缩尺中空夹层钢管混凝土框架试验,获悉试验子结构关键部位的破坏模式,采用Open Sees有限元分析软件建立此类框架的分析模型,结合试验子结构与数值子结构进行原型框架的抗震性能评估,对比不同等级地震作用下各层位移时程曲线与荷载时程曲线,揭示此类框架具有良好的变形能力和抗震性能。(2)提出一种设置墙式金属阻尼器的消能减震方法,并建立设置墙式金属阻尼器的中空夹层钢管混凝土框架有限元分析模型,揭示此类框架在不同设防标准下层间位移角和残余位移角等性能指标。结果表明设置墙式金属阻尼器对框架具有良好的侧向变形控制能力,此类框架在各级设防标准的地震作用下表现均出良好抗震性能和变形能力。(3)基于增量分析方法对设置墙式金属阻尼器的中空夹层钢管混凝土框架进行非倒塌以及倒塌状态下的概率易损性分析,获悉此类框架在地震动作用下各级破坏状态的超越概率并对框架抗倒塌能力进行评估。结果表明此框架抗倒塌性能良好,具有较富余的抗倒塌性能储备,具有在实际工程抗震应用的可行性与合理性。
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