柔性连接砌体填充墙框架结构抗震损伤演化机理及设计方法研究

Masonry infilled frames are widely used in China. However under seismic action, inappropriate distribution of infill walls and the rigid connection between the frame and infill can result in strong interaction between the fame and infill, change of force- transfering mechanism and serious damage of structures. Masonry infilled RC frames with flexible connection will be studied in this project. Based on the previous experimental research, a nonlinear FE(finite element) analysis model will be established to reveal the structural behavior and force- transfering mechanism of masonry infilled RC frames with flexible connection. The controlling factors influencig distribution of shear and stiffness, deformation compatibility and out-of-plane stability will be investigated. The whole seimic damage process from localized damage formation to damage development, member failure and structural failure will be discussed. Then on basis of these, constructional measures of flexible connection and infill wall will be further investigated and determined. Meanwhile, the practical seismic design method will also be determined. Finally, the constructional measures and the seismic design method will be validated by test to ensure safety of masonry infilled frames and to meet the object of "undamaged under minor earthquake, repairable under moderate/ intermediate earthquake and no collapse under major eartkquake". The research achievment will provide theoretical support for wide application of masonry infilled RC frames with flexible connection, which has huge social value.

砌体填充墙框架结构在我国应用广泛，然而不合理的填充墙布置，尤其是填充墙与主体框架间的刚性连接方式，使地震作用下墙-框间相互作用明显，传力机制改变，结构损伤加重。本项目拟以墙-框柔性连接填充墙框架结构为研究对象，在前期试验研究的基础上，建立柔性连接填充墙框架结构非线性有限元分析模型，揭示柔性连接填充墙框架结构力学性能及传力机制，研究影响填充墙框架结构剪力分配、刚度分配、变形协调、平面外稳定等的控制因素，探讨结构地震损伤破坏的局部化形成 、破坏扩展、构件失效、结构失效全过程及其规律。在此基础上，研究确定柔性连接界面以及填充墙构造措施，确定实用抗震设计方法。最后，试验验证所提出的抗震设计方法及构造措施能够保障填充墙框架结构抗震安全性，满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计目标。项目研究成果对柔性连接填充墙框架结构的推广应用提供重要的理论支持，具有重大的社会价值。

项目组所做主要工作如下：.（1）试验研究：一是部分填砌填充墙框架结构抗震性能试验；二是不同墙体构造的空心砌块墙体抗震性能试验；三是砌体填充墙框架结构的抗震性能试验。.（2）有限元分析：采用两种砌体建模方法对砌体填充墙框架结构进行模型建立和参数分析，即均质化建模方法和简化分离式建模方法，后者能精细模拟砌体墙的破坏模式，真实反映墙体裂缝产生及发展全过程。.（3）提出了一种填充墙与主体框架间柔性连接方法，解决了现有拉结筋施工方式存在的问题，如植筋不牢固、预埋筋位置与砌块灰缝对应不准确等。.（4）提出了墙-框柔性连接填充墙框架结构的简化设计方法。. 所得主要结论如下：.（1）对部分填砌情况下的砌体填充墙框架结构，框架与填充墙的临界受剪承载力比ξ0=2.0，当ξ<2.0且柱自由段剪跨比λ≤2.0时，框架柱出现短柱效应，而墙-框采用柔性连接方案时，填充墙对框架柱的侧向约束作用减弱，减缓或避免了短柱效应。.（2）构造暗柱和芯柱集中设置于墙体端部时，墙体水平承载力、等效初始刚度和位移延性的提升更明显，因此单独空心砌块墙体最优构造方案为：墙体两端构造暗柱和芯柱集中布置，同时根据需要在墙体中间部位增设芯柱，并通过水平拉结筋网片保证二者的有效拉结。.（3）墙-框柔性连接条件下，通过增强填充墙构造可以实现填充墙框架结构平面内及平面外综合抗震性能的改善，其中“井字梁”形式的填充墙构造方案综合抗震性能最优。.（4）墙-框柔性连接条件下，填充墙对主体框架的刚度折减作用不明显，建议设计计算时不考虑刚度折减系数或相应提高刚度折减系数的取值。. 项目组通过试验及有限元分析，从墙-框连接方式和墙体构造等方面探讨了填充墙框架结构的抗震性能，验证了所提出的墙体构造及抗震设计方法能够保障结构抗震安全性。项目组按计划完成了项目预期内容，研究成果对柔性连接填充墙框架结构的推广应用提供重要的理论支持，具有重大的社会价值。