【摘 要】
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面对砌体文物建筑加固在文物“原状保护”理念上的要求,本文提出了一种基于自复位轻钢框架加固砌体墙的新技术,希望拓展既有文物建筑抗震加固技术,并解决加固过程中保护文物原状、绿色高效施工、功能自恢复等问题。本文设计了预应力斜拉索结构和形状记忆合金支撑结构的两种钢框架体系,以砌体文物建筑的抗震加固为出发点,通过附加子结构的加固方式建立了自复位轻钢框架和砌体文物建筑的关系,开展了自复位轻钢框架-砌体墙结构体
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面对砌体文物建筑加固在文物“原状保护”理念上的要求,本文提出了一种基于自复位轻钢框架加固砌体墙的新技术,希望拓展既有文物建筑抗震加固技术,并解决加固过程中保护文物原状、绿色高效施工、功能自恢复等问题。本文设计了预应力斜拉索结构和形状记忆合金支撑结构的两种钢框架体系,以砌体文物建筑的抗震加固为出发点,通过附加子结构的加固方式建立了自复位轻钢框架和砌体文物建筑的关系,开展了自复位轻钢框架-砌体墙结构体系抗震性能的参数分析,建立了自复位轻钢框架加固文物建筑设计方法,最后进行工程案例研究,具体内容如下:(1)提出了两种具有一定自复位能力的钢框架结构,建立了力学模型并分析其复位机理;利用有限元软件Abaqus建立了带预应力拉索和带形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)支撑的两种自复位钢框架整体有限元模型,进行抗震性能分析与力学模型进行对比,其中带预应力拉索的钢框架力学模型与有限元结果在初始刚度方面仅相差0.13%,在结构的最大位移处的强度仅相差0.33%;带SMA支撑的钢框架力学模型与有限元结果在初始刚度方面仅相差0.51%,而在最大位移处的强度相差1.7%,表明两种自复位钢框架结构的力学模型的有效性。(2)建立了自复位轻钢框架-砌体承载墙理论模型,开展了自复位框架-砌体承重墙的数值模拟,并进行参数分析,探讨两种自复位加固体系对于墙体保护和自复位性能的影响。研究结果表明,在低周往复荷载作用下,利用SMA加固的方法加固后墙体顶部最大侧移仅为加固前的0.12倍,而利用预应力拉索的加固方法仅为加固前的0.31倍,两种加固方法的加固效果都较为明显。参数分析结果表明,体系间的摩擦约束是影响墙体保护效果的主要方面,而自复位钢框架的性能决定了体系自复位效果,故在设计时针对墙体保护和整体自复位性能方面应综合考虑体系间摩擦力与自复位钢框架的性能的影响。(3)以保护墙体和提升整体结构抗震性能为目的,提出砌体结构的层间位移角以及整体结构的残余变形限值,建立了基于性能的轻钢框架加固文物砌体设计方法。最后对南京某小学教学楼进行了应用研究,对加固前、后建筑进行弹塑性时程分析,结果表明:在620gal的地震作用下,带预应力拉索的轻钢框架加固体系的底层墙体层间位移角较加固前减小了84.06%,钢架的残余变形角较加固前降低了79.86%,减小至0.019%;带形状记忆合金的轻钢框架加固体系的底层墙体层间位移角较加固前减小了79.94%,钢架的残余变形角较加固前降低了84.47%,两种加固方法皆满足设定的性能目标,自复位能力较强。
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