新型预制装配式混凝土消能减震框架结构抗震性能研究

The precast concrete frame structure has the problem of poor seismic performance and esay damage under earthquake action. According to the advantages of sector lead visco-elastic damper and sector metalic damper, a new of the precast concrete frame structure with dampers is order to solve the fundamental seismic problems is proposed. This proposal is aimed to study the seismic performance of the new structure, reveal the mechanism of energy dissipation and simplified analysis method of the new structural joint, and explor the cooperative working mechanism of the precast concrete frame structure with dampers. According to the numerical analyses and the quasi-static experiment of the new structural joints, the energy dissipation mechanism, the seismic performance, the force model and the simplified analyses mehtod will be investigated. Also the new structural seismic performance influence law of the performance parameters and the distribution of the dampers and structural design parameters can be studied. The seismic performance and cooperative wotking mechanism of the precast concrete frame structure with dampers can be studied by the numerical analyses and the experiment. The precast concrete frame structure is one the key development structure of future building, using the energy dissipation technology to improve the seismic performance of precast concrete frame structure will be broad application prospects in today's status of rapid developing green buildings.

根据预制装配式混凝土框架结构抗震性能差、易于破坏和扇形阻尼器的特点,提出改善装配式结构抗震性能的新方案-新型预制装配式混凝土消能减震框架结构体系。以研究新型装配式混凝土消能减震框架结构体系的抗震性能,揭示新型节点的减震机理，建立节点力学模型，给出节点简化分析方法，探究结构中阻尼器与梁柱构件之间协同工作机制为目标。通过对新型预制装配式混凝土消能减震框架结构节点的仿真分析与性能试验，揭示节点的工作和耗能机理，摸清其减震性能及阻尼器参数、布置位置、构件尺寸等对其性能的影响规律，建立节点力学模型并给出简化模拟分析方法。对新型预制装配式混凝土消能减震框架结构模型进行仿真分析与试验，研究结构中阻尼器与结构构件协同工作机制、结构整体抗震性能和阻尼器减震控制效果。预制装配式结构是国家"十二五"重点发展的房屋结构形式，项目研究的体系能显著提高结构的抗震性能，具有广阔的应用前景，对结构的推广应用具有重要意义。

根据预制装配式混凝土框架结构抗震性能差、易于破坏和扇形阻尼器的特点,提出改善装配式结构抗震性能的新方案—新型预制装配式混凝土消能减震框架结构体系。基于该种结构体系，项目提出了新型耗能减震装置——新型弧形钢棒阻尼器和扇形铅粘弹性阻尼器，并进行了性能分析和试验研究，得出扇形铅粘弹性阻尼器的力学性能主要取决于橡胶和铅芯两种材料，可采用双线性恢复力模型对其进行描述；该阻尼器滞回曲线及设计值与试验值吻合较好，推导了恢复力模型计算公式，并通过试验验证其合理性。对扇形铅粘弹性阻尼和弧形钢棒阻尼减震结构的抗震性能进行了分析研究，得出扇形铅粘弹性阻尼器和弧形钢棒阻尼器都能很好的控制结构的层间位移角、顶层加速度和构件内力。对扇形铅粘弹性阻尼减震装配式节点进行了抗震性能试验和分析研究，得出扇形铅粘弹性阻尼减震构件的延性、承载能力、耗能能力都能提高，较好的改善了装配式结构节点抗震性能差的问题；通过对比新型预制装配式消能减震节点和普通装配式混凝土框架节点的低周反复加载试验结果，得出了节点的破坏模式，滞回曲线、延性、强度和刚度退化程度、耗能性能及构件钢筋应变变化情况等抗震性能的差异，得出附加扇形铅粘弹性阻尼器的新型预制节点滞回曲线饱满，大大提高普通预制混凝土节点在耗能能力、极限承载力和位移延性方面的性能，节点核心区应变量相对减小，实现了“强节点弱构件，强剪弱弯”的性能要求。在初步验证新型节点有效性的基础上，我们设计制作了二层二跨预制装配式和现浇混凝土框架扇形铅黏弹性阻尼减震框架结构,并进行了低周反复加载试验，通过对比研究了两者的破坏模式、滞回耗能性能、承载能力、位移延性、强度退化、刚度退化等。结果表明：扇形铅黏弹性阻尼器在预制和现浇试件发挥的作用各有不同；预制构件节点位移较大，在后期阻尼器能减缓和控制了节点核心区裂缝开展，保护了节点；二榀减震框架滞回曲线饱满，节点塑性变形能力强，刚度和强度退化曲线也较为平缓，提高节点抗震能力。基于项目研究成果，提出了新型预制装配式混凝土框架结构金属消能减震连接体系，为了研究该体系的抗震性能及减震效果，对消能减震连接体系和现浇框架进行了数值仿真分析，分析了消能器不同设计参数对该体系抗震性能的影响。分析结果表明：金属消能减震连接体系的抗震性能略优于现浇框架结构。