联肢非加劲钢板剪力墙结构的协同工作性能及抗震设计对策

基本信息
批准号:51878541
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:郝际平
学科分类:
依托单位:西安建筑科技大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:田炜烽,薛强,郑江,于海升,樊秦川,傅浩洲,吴博睿
关键词:
抗震设计性能目标联肢非加劲钢板剪力墙协同工作性能耗能机制
结项摘要

According to the concept of multiple fortification and design method based on performance in earthquake, combining with theoretical analysis, experimental research and numerical simulation, the research on mechanical properties, energy consumption mechanism, dynamic characteristics and performance-based design method of coupled unstiffened steel plate shear wall is proposed. Based on the consideration of nonlinear collaborative working performance between various components and its corresponding limit states, the collaborative working theoretical model of coupled unstiffened steel plate shear wall would be built to achieve the complete elastic-plastic description. The optimal energy consumption path and its corresponding control index of coupled unstiffened steel plate shear wall would be obtained through the process of establishing multilevel energy consumption mechanism and the analysis of energy consumption under the joint action of them. The dynamic analysis model would be built by means of shaking table test to reveal the multiple dynamic energy consumption mechanism and the collaborative response characteristics of coupled unstiffened steel plate shear wall. Based on the performance objectives, seismic design theory and simplified calculation method could be established for the coupled unstiffened steel plate shear wall. And its corresponding control index and details for easy repair after earthquake would be put forward. The purpose of this project is to further improve and optimize the overall performance of steel plate shear wall structure, and to provide theoretical support for the development and application of coupled steel plate shear wall, which would promote the innovation and progress of technology for steel plate shear wall.

按多道设防的抗震理念以及基于性能的抗震设计思路,以理论分析、试验研究和数值模拟紧密结合为研究手段,拟开展联肢非加劲钢板墙结构关于力学性能、耗能机制、动力特性、性能设计的相关研究。在充分考虑各组件非线性协同工作性能以及相应极限状态的基础上,构建联肢非加劲钢板墙结构的协同工作理论模型,实现其弹塑性状态的完备描述;通过构建多级耗能机制并对多机制联合作用下的耗能机理进行分析,搭建联肢非加劲钢板墙结构耗能最佳路径,获得相应的控制指标;借助振动台试验,构建动力分析模型,揭示联肢非加劲钢板墙的多机制动力耗能机理及协同响应特征;基于性能目标,建立联肢非加劲钢板墙的抗震设计理论及简化计算方法,提出相应的控制指标和易于实现震后修复的构造措施。本项目旨在进一步改进和优化钢板剪力墙结构的整体性能,为我国联肢钢板墙结构的发展和应用提供理论支撑,推动钢板墙技术的革新和进步。

项目摘要

经过几十年的发展,钢板剪力墙抗侧刚度大、承载力高和延性好等特点已深入人心,并作为抗侧力部件被广泛地运用于高层建筑当中。通过钢连梁将相邻钢板墙肢联结而形成的联肢钢板墙是一种新型的抗侧力结构,是传统钢板剪力墙的延伸。将连梁技术融入到性能优异的钢板墙结构中,可增加结构的整体抗弯能力和抗侧刚度,不仅能有效解决钢板墙结构布置的灵活性问题,还有利于控制和调整结构的侧向刚度,有效降低钢板墙的震损,耗能效果更好,且易实现震后快速修复。然而,对联肢钢板墙的研究在国内鲜有报道,制约了该结构的发展。.鉴于此,本课题主要研究了联肢钢板剪力墙结构的受力机理及理想的塑性极限屈服机制;分析了连梁与墙肢的耦连作用及合理耦连比范围;进行了多层联肢非加劲钢板墙和联肢开缝钢板墙结构的拟静力试验研究,并利用精细化数值模拟技术进行了参数分析;提出了改善结构性能的措施,开发了联肢钢板剪力墙结构的多尺度、子模型和子结构求解技术;分析了多层联肢钢板墙结构的静力与动力特性,确定了结构的影响系数、超强系数、延性系数和位移放大系数;提出了联肢钢板墙多目标性能的塑性设计方法并开发了相应的设计程序。.研究结果表明,联肢钢板剪力墙结构是一种高效的抗侧力结构体系,连梁的引入能够降低框架柱轴力,增大结构承载力、刚度及耗能能力;耦连比是影响该结构体系性能的关键参数,在0.64~0.74时,结构单位体积的综合性能最优;结构总体遵循墙板屈曲后屈服→墙板角部开裂→连梁屈服→墙板角部撕裂→横梁端部屈服→墙板整边撕开→横梁弯曲破坏→柱脚破坏的破坏顺序;提出的墙板局部开缝和连梁半刚性连接措施,在不显著降低结构承载力的前提下,提高了结构的滞回性能;联肢钢板剪力墙的多尺度、子模型和子结构求解技术,在不过大丧失准确度的基础上有效简化了模型,加快了分析进度;四水准抗震设防目标,准确描述了联肢钢板墙四个阶段的形态特征和性能特点;联肢钢板墙结构的多目标性能设计方法,使结构受力更加合理,也更符合当前设计趋势;建议在设防地震下联肢钢板剪力墙结构的影响系数取3.63,设计地震作用可比现行抗震规范取值降低约30%。.总之,该项目的顺利实施为我国联肢钢板墙结构的发展和应用提供了理论支撑,极大地推动了钢板墙技术的革新和进步。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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