刚度串联式耗能连梁结构设计关键技术研究
本文选题:钢筋混凝土剪力墙结构 切入点:连梁 出处:《中国地震局工程力学研究所》2017年博士论文
【摘要】:钢筋混凝土剪力墙结构是高层建筑结构中最常用的结构类型之一,消能减振技术作为控制结构振动反应的有效手段而越来越多地应用于钢筋混凝土剪力墙结构。连梁作为钢筋混凝土剪力墙结构的重要构件,在结构体系中起到增加结构侧移刚度、传递墙肢间荷载和位移、担当结构抗震设防第一道防线、强烈地震作用下消耗振动能量等重要作用。鉴于连梁的重要性,自上世纪六十年代以来国内外学者先后提出了普通配筋连梁、斜向交叉暗撑配筋连梁、菱形配筋连梁、斜向交叉钢筋连梁、双连梁、劲性连梁、刚性连梁、外贴钢板式耗能连梁、刚度串联式耗能连梁等多种连梁设计方案。其中钢筋混凝土—软钢阻尼器刚度串联式耗能连梁(以下简称刚度串联式耗能连梁)作为钢筋混凝土剪力墙结构消能减振领域内的一项新技术,自提出以来逐渐被多个工程项目采纳和使用。刚度串联式耗能连梁设计方案自上世纪九十年代被提出以来,国内外学者进行了一定的研究。但目前国内外研究成果主要集中于阻尼器类型的设计,而少有人研究阻尼器在结构空间位置优化布置的问题。本文基于国内外研究现状,针对刚度串联式耗能连梁的设计概念、设计技术以及阻尼器沿结构空间位置优化等问题进行了研究。本文主要研究工作汇总如下:1.总结并分析了钢筋混凝土剪力墙结构连梁受力特征及刚度串联式耗能连梁工作机理。首先对连梁的震害特征以及连梁横截面剪切应力沿结构高度方向分布规律进行分析。然后基于延性设计原理,阐述了双肢剪力墙中耦合比的概念。最后根据建筑结构阻尼器工作原理,结合连梁内力分布特征分析和连梁震害特征总结,分析了组合耗能连梁的工作机理。2.基于反应谱理论拟合出考虑多因素的速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式并剖析了减震系统工作原理。首先,介绍了地震反应谱相关理论,并初步分析了两大减震系统的工作机理以及其适用范围。然后基于反应谱理论详细分析了两大减震系统的减震原理。最后基于强震记录拟合得到速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式。3.提出并分析了刚度串联式减震结构减震性能曲线基本理论、曲线构建方法和曲线形式,并建立了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构初步设计方法。根据单自由度力学模型以及对应的滞回曲线,并基于弹塑性反应谱等效线性化方法的基本原理,推导出单自由度减震系统的等效周期、等效阻尼比计算公式。确定了减震结构性能曲线绘制方法及关键技术,建立了刚度串联式减震结构减震性能曲线,探讨了减震结构性能曲线的工程应用价值。提出了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构设计方法和设计流程。4.提出了软钢阻尼器沿钢筋混凝土剪力墙结构竖向布置的设计方法、设计原则以及设计计算公式。研究了基于减震结构性能曲线相关理论的多自由度减震系统阻尼器刚度沿结构高度方向分配原则和方法。详细分析了每一竖向布置原则的物理意义,并对五大竖向布置原则之间的关系进行了探讨。根据阻尼器沿结构竖向布置五大原则所对应的力学原理及计算公式,推导出结构各层阻尼器刚度和延性系数分配计算公式。5.提出了软钢阻尼器在钢筋混凝土剪力墙结构各层布置原则以及软钢阻尼器的设计方法、设计原则以及设计计算公式。提出了阻尼器沿结构水平向布置的基本原则。基于连梁的实际工作性能和软钢阻尼器的力学特性,提出了刚度串联式耗能连梁中金属阻尼器设计的三大原则。根据力学理论和结构材料特性,分别推导出各阻尼器设计原则所对应的方法和公式。6.采用本文建立的结构消能减震设计方法,对一栋典型的钢筋混凝土剪力墙结构进行了消能减震优化设计,并使用Seismostruct有限元分析软件对设计结果进行了弹塑性时程分析验证,验证结果表明本文所确定的刚度串联式消能减震设计方法科学合理、结果可靠、具有工程实用价值。
[Abstract]:Reinforced concrete shear wall structure is one of the most common types of high-rise building structure, vibration energy dissipation technology as an effective means of response of vibration control is more and more used in reinforced concrete shear wall structure. The beam as an important component of reinforced concrete shear wall structure, to increase the lateral stiffness of structure in structure system transfer, wall between load and displacement, as structural seismic fortification the first line of defense, the important role of vibration energy consumption under the strong earthquake. In view of the importance of the beam, since the last century since 60s, domestic and foreign scholars have put forward the common reinforcement coupling beam, oblique cross brace reinforced beams, diamond reinforced beam, oblique to cross reinforced coupling beams, two beams, steel beams, rigid beams, externally bonded steel plate type beam energy, stiffness and other tandem link beams which reinforced design. Concrete hysteretic damper stiffness tandem link (hereinafter referred to as the stiffness of the tandem link) as the reinforced concrete shear wall structure energy dissipation is a new technology in the field of vibration, since it has been put forward gradually by the multi project adoption and use. The stiffness of the tandem type energy coupling beam design since the last century since 90s is proposed, the domestic and foreign scholars have conducted some research design. But the research results at home and abroad mainly focus on the types of dampers, and few people research the damper position in configuration space layout optimization problem. Based on the research situation at home and abroad, according to the design concept of series link stiffness, damper and design technology the structure of space location optimization problem was studied. The main research work of this paper are summarized as follows: 1. summarized and analyzed the coupling reinforced concrete shear wall structure The characteristics and the stiffness of the tandem link mechanism. Firstly, damage characteristics of coupling beams and beam cross-section shear stress distribution along the height direction of the structure were analyzed. Then, based on the principle of ductility design, describes the concept of coupling ratio of double shear wall. According to the working principle of building structure with the distribution of internal forces of coupling beam damper analyze and summarize the characteristics of beam damage, analyzes the theory of response spectrum fitting considering the damping effect of spectrum correction coefficient calculation formula and analyzed the working principle of velocity response of damping system based on multi factor working mechanism of the composite link.2.. Firstly, the seismic response spectrum theory, and analyzed the working mechanism of the two damping system as well as its application scope. Then the response spectrum based on the theory of a detailed analysis of the principle of the two shock damping system. Finally, based on the strong earthquake records fit Get the velocity response spectrum damping effect correction coefficient calculation formula of.3. is put forward and analyzed the basic theory of series stiffness damping structure damping performance curve, curve construction method and curve form, and the establishment of the performance curve of the damping structure stiffness of tandem type damping structure. According to the preliminary design method based on single degree of freedom mechanical model and the corresponding lag based on the basic principle and curve, elastoplastic response spectrum equivalent linearization method, deduced the equivalent period of SDOF system, equivalent damping ratio formula. The drawing method and the key technology of the performance curve of damping structure, the rigidity of series type damping structure damping performance curve, discusses the performance of shock absorber structure the curve value of engineering application. The performance curve of the structure stiffness of tandem type damping structure design method and design flow of.4. is proposed based on the resistance of mild steel The design method of the damper of the reinforced concrete shear wall structure calculation formula of vertical layout, design principles and design. Study on properties of damping structure based on the curve of MDOF system damper theory of stiffness along the structural height distribution principle and method. A detailed analysis of the physical meaning of each vertical layout principle, and the relationship between the principle of the five vertical layout are discussed. According to the mechanical principle and calculation formula of damper structure along the vertical layout of the five principles of the derived structure of each layer damper ductility coefficient and stiffness distribution formula of.5. is proposed in the principle of reinforced concrete shear wall structure of each layer layout and design method of the hysteretic dampers mild steel damper the calculation formula of design principles and design. This paper puts forward the basic principles to arranged along the horizontal structures based on actual coupling beam damper. The mechanical properties and hysteretic dampers, the stiffness of the series three principles of metal type energy dissipation damper design. According to the characteristics of the beam in theory and structural mechanics of materials, are deduced respectively corresponding to each damper design principle method and formula of.6. structure using the energy dissipation design of a typical method. Reinforced concrete shear wall structure of energy dissipation optimization design, and the design results of the elastic-plastic time history analysis is verified using the Seismostruct finite element analysis software, to verify the results show that the stiffness of the tandem type energy dissipation design method is scientific and reasonable, reliable and has practical value.
【学位授予单位】:中国地震局工程力学研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU973.16
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,本文编号:1663089
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