装配式混凝土框架-双肢摇摆墙结构地震韧性设计和评估

Earthquake-resilient town construction poses a higher demand on the seismic perforce of building structures. The precast structure system is the primary building system recommended by the government in the new urbanization construction. Therefore, it will be of crucial importance to investigate how to improve and design the seismic resilience of precast structure system. However, to date, there is still no standard procedure to improve and design the seismic resilience of precast structure system. This study will focus on precast concrete frame-double limb rocking wall structures, investigate the resilience-based design of double limb rocking wall， reveal the nonlinear mechanical behavior of double limb rocking wall, and propose a nonlinear dynamic refined analysis model; consider the effects of structural uncertainty and earthquake uncertainty on double limb rocking wall’ resilience, unravel theoretically the propagation mechanism of resilience from member scale to structure scale, and establish corresponding theoretical model; establish the improvement and design method of precast structures’ seismic resilience via introducing resilient double limb rocking wall. The research results from this project will lay a basis on resilience evaluation and seismic design on precast concrete structures, and provide both theoretical and technical support for earthquake-resilient town construction in China.

地震韧性城镇建设对建筑结构抗震性能提出更高的要求。装配式结构体系是国家在新型城镇化建设中大力发展的结构体系。因此，装配式结构体系的地震韧性提升和设计方法研究对于我国地震韧性城镇建设至关重要。然而，目前仍缺乏针对装配式结构体系的地震韧性提升和系统设计方法。本项目围绕装配式混凝土框架-双肢摇摆墙新型结构体系，以关键构件双肢摇摆墙的可恢复性设计为基础，研究双肢摇摆墙的非线性力学行为，并建立非线性动力精细化分析模型；考虑结构参数不确定性和地震不确定性给双肢摇摆墙可恢复性能带来的影响，从理论上探明可恢复性从构件层次到结构整体层次的传递机制，并构建相关理论模型；从而建立以双肢摇摆墙可恢复性为手段的装配式混凝土结构地震韧性提升和抗震设计方法。研究成果将建立装配式混凝土结构的韧性评价和抗震设计分析基础，为我国地震韧性城镇建设提供理论依据和技术支持。

建筑结构抗震韧性设计已成为新一代建筑结构设计方法，旨在保证建筑遭遇地震时不发生严重损伤且震后可快速修复。装配式结构体系是国家大力推广的新型建筑结构体系，关于其抗震韧性提升和设计方法尚未得到系统研究。本项目围绕装配式混凝土框架-双肢摇摆墙新型结构体系，设计了可恢复双肢摇摆墙构件，进行了振动台试验，在此基础上建立了抗震韧性评估方法，提出了基于自振频率的能够考虑结构实际修复过程的结构功能恢复函数。同时，开展了钢筋混凝土框架结构低周反复荷载破坏试验，对比研究了灌浆料种类及钢丝网层数对震损钢筋混凝土框架结构快速可恢复性的影响。结果表明，采用环氧灌浆料不加钢丝网加固形式具有工序简单、快速高效的优点，具有推广意义。基于混凝土结构遭受腐蚀后性能下降的特点，还建立了锈蚀钢筋混凝土的有限元数值模型，评估了锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗震韧性。结果表明，地震强度小于0.2g时，抗震韧性基本保持不变，地震强度超过0.2g时，结构抗震韧性曲线随着地震强度增加呈现明显的下降趋势，当地震强度达到0.8g时，15%锈蚀率的结构抗震韧性降低到0.51；锈蚀率低于10%时，结构抗震韧性随着锈蚀程度增大而减小，但当锈蚀程度大于10%后，结构随着锈蚀率的增加，抗震韧性曲线基本保持重合。为了更好地提升混凝土结构抗震韧性，从混凝土材料角度出发，探究了粗骨料形态对混凝土力学性能的影响规律。结果表明通过长轴、平整度、伸长率、平整度与伸长率的乘积、球形度等指标，可以较好地区分相同目数的球形骨料、片状骨料和细长骨料。球形骨料混凝土内部的裂缝主要从边缘开始，核心部分在出现大斜裂缝破坏前基本保持完整。同时，循环加载后的高残余应变可能是由于在压缩作用下产生的垂直裂缝造成的。可以采用单纯形重心设计方法建立不同水灰比混凝土骨料形态与抗压强度之间的相关性。此外，还探究了新型绿色混凝土材料的研发与应用，这为设计新型建筑材料和相应的抗震结构体系提供了新的研究思路。本项目从材料、结构两个层次上开展了相关研究，为建筑的抗震韧性评估、提升与设计提供理论依据和技术支持。