基于CA法的轻钢龙骨复合剪力墙结构地震破坏模式预测

发布时间：2020-04-21 04:20

【摘要】：轻钢龙骨复合剪力墙结构具有轻质高强、环保节能、施工快捷等特点,在欧美、澳洲和日本等地区广泛应用于低层住宅。鉴于我国人多地少的基本国情,将传统的轻钢龙骨复合剪力墙结构从低层发展到多层更符合我国基本国情,同时也是加快我国住宅产业化和预制装配化发展的一条有效途径。在国内进一步推广应用时,整体结构的抗震性能及破坏模式研究是一个关键问题。细胞自动机方法(CA法)作为新的研究方法已被用于网壳破坏模式的研究,能较好预测出地震作用下的网壳破坏模式。本文将细胞自动机方法引入规则多层轻钢龙骨复合剪力墙结构的破坏模式预测,为轻钢结构整体抗震性能研究提供新的分析思路。首先,针对本课题组提出的轻钢龙骨复合剪力墙简化模型存在的卸载刚度吻合不理想问题,根据往复荷载作用下墙体荷载-位移曲线特点,利用OpenSEES材料属性模块进行二次开发,提出了修正的材料本构模型。采用修正的材料本构模型定义墙体等效支撑简化模型的斜向支撑,模拟结果表明:墙体简化分析模型的非线性特性以及强度退化、刚度退化、捏拢等特点与试验结果基本一致。其次,建立多层轻钢龙骨复合剪力墙结构的整体简化分析模型,并提出适用于轻钢结构破坏模式预测的一维单向细胞自动机模型。按振型分解反应谱法计算结构在水平地震作用下各楼层的层间剪力,将标准化后的楼层层间剪力值定义为楼层细胞的细胞状态值。在此基础上,考虑细胞自动机模型中相邻细胞状态值对中心细胞状态值的影响,采用曼哈顿距离计算细胞状态相似系数,并选取细胞状态相似系数最小值的细胞为相似匹配细胞,建立了细胞状态相似匹配准则。根据细胞状态相似匹配结果,将已知结构的破坏模式赋予被预测结构,从而得到被预测结构的破坏模式。最后,采用细胞自动机方法对三种类型的规则轻钢龙骨复合剪力墙结构在不同地震作用下的破坏模式进行预测,并与时程分析结果进行对比:(1)对于采用一种类型墙体的竖向规则结构,从已知结构库中选取基本自振周期和结构侧向刚度相似的结构用于破坏模式预测。分别利用三种类型墙体的已知结构库对被预测结构进行破坏模式预测。预测结果表明,采用与被预测结构墙体构造相同的已知结构库,所得预测结果误差最小,被预测结构顶层位移最大预测误差为5.43%;(2)对于采用两种类型墙体的规则结构,先根据不同的墙体组合方式构建已知结构库,并从已知结构库中筛选出与被预测结构基本自振周期相近的结构,再根据楼层中两类墙体的组合方式,筛选出与被预测结构楼层的侧向刚度退化规律相似的已知结构楼层用于细胞状态值的相似匹配,依据相似匹配结果对被预测结构破坏模式进行预测,预测得到的结构顶层位移最大误差为2.31%,预测效果很好;(3)对于采用一种类型墙体的竖向不规则结构,首先依据基本自振周期对已知结构进行初步筛选,再从筛选出的已知结构中选取与被预测结构楼层侧向刚度竖向分布规律相近的楼层进行细胞状态的相似匹配,最后根据相似匹配结果对被预测结构的破坏模式进行预测。预测得到的最大层间位移楼层与时程分析结果一致,被预测结构顶层位移的最大预测误差为14.67%。三种类型的轻钢结构破坏模式预测结果表明了细胞自动机方法用于规则的多层轻钢龙骨复合剪力墙结构破坏模式预测的正确性与可行性。
【图文】：

多层轻钢,龙骨,复合剪力墙结构

开始研究多层轻钢龙骨复合剪力墙结构住宅并将其付诸于实践[7-9]，图1.2为两栋美国建造的轻钢龙骨复合剪力墙结构房屋住宅。我国人口众多，人均土地占有量小，将传统的低层轻钢龙骨复合剪力墙结构住宅体系扩展为多层轻钢结构住宅体系符合我国基本国情，同时也是加快我国住宅产业化和预制装配化发展的一条有效途径。图1.2 多层轻钢龙骨复合剪力墙结构房屋住宅（a）钢框架龙骨（b）建筑外观

工程图,溪谷,北京,工程

第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景轻钢龙骨复合剪力墙结构体系源于传统的木结构[1]，是一种以冷成型钢龙骨构件和轻型墙板（如石膏板、OSB板、玻镁板、彩钢波纹板等）共同作为承重和维护结构的新型建筑结构体系。轻钢龙骨复合剪力墙结构住宅具有舒适、环保、节能、高效等独特的优点和良好的综合效益，，是一种新的建筑结构体系，在美国、澳大利亚、日本等国家得到较普遍的应用[2]。与传统住宅结构相比，轻钢龙骨复合剪力墙结构具有施工周期短、抗震性能好、机械化程度高等优点[3]，同时由于结构构件自重轻，施工现场不需要大型起吊设备，施工噪音小，建筑垃圾少，钢材可回收利用，属于绿色环保建筑[4-5]。在国家提倡绿色环保建设、装配式住宅的大背景下，定型化、产业化的轻钢龙骨复合剪力墙结构体系作为民用住宅建筑中的一种绿色环保型结构体系，在国内得到迅速发展和应用[6]。图 1.1 为北京纳帕溪谷轻钢结构住宅项目工程。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.2;TU352.11

【参考文献】