SMA耗能连梁框架-剪力墙结构体系抗震性能研究

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随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快,高层建筑越来越普遍地出现,成为现代城市建筑的重要组成部分。框架-剪力墙结构因其既有良好的抗震能力,同时在建筑设计上又易于实现灵活的设计意图,而成为钢筋混凝土高层建筑普遍采用的结构形式。传统抗震设计中,框架-剪力墙结构中的连梁往往充当了结构抗震“保险丝”的角色,即在罕遇地震作用下连梁先于框架和剪力墙墙肢屈服,通过连梁形成塑性铰耗散地震能量,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。但这样的设计思想往往导致连梁在地震后存在塑性损伤破坏,修复困难且维修费用较大。形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)是一种具有多功能特性的智能材料。从上世纪90年代开始,SMA开始被用于土木工程结构的地震响应控制。由于SMA具有超弹性特性,利用SMA这一特性开发的土木工程减震被动阻尼器不但具有较好的耗能能力,并且阻尼器在地震后不存在残余变形,不需维修和替换即可继续使用。为减轻框架-剪力墙结构中连梁的塑性损伤,本文提出在框架-剪力墙连梁部位通过交叉斜撑安装SMA阻尼器,研究SMA阻尼器特征参数、安装方式、安装位置等对结构地震响应的影响。本文的主要研究内容:首先,为实现采用多垂直杆模型对剪力墙墙肢进行有限元建模,基于美国太平洋地震工程研究中心的OpenSEES (Open System for Earthquake Engineering Simulation)系统平台,其进行二次开发,建立了多垂直杆模型中剪切弹簧滞变材料本构,编写了相应计算程序。为验证所开发材料本构的正确性,将采用多垂直杆模型建模的剪力墙在往复荷载作用下的内力和变形计算结果与实际实验结果进行了比较。其次,基于OpenSEES平台,开发了SMA简化分段线性超弹性本构模型,编写了相应计算程序。为验证该模型开发的正确性,将采用该模型建模的SMA阻尼器安装在同济大学12层钢筋混凝土框架benchmark模型中,计算该结构模型地震响应,并观察结构中阻尼器的滞变规则是否与模型开发程序的编写意图相符。最后,将SMA阻尼器通过交叉斜撑安装在一幢7层钢筋混凝土框架-剪力墙结构各层连梁的下部,计算结构地震响应,研究SMA阻尼器特征参数、安装方式、安装位置等对结构地震响应控制效果的影响规律。
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