【博士】框支配筋砌塊短肢砌體結構擬動力子結構試驗研究

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　　【博士】框支配筋砌塊短肢砌體結構擬動力子結構試驗研究　　授予學位：博士　　學位授予單位：哈爾濱工業(yè)大學　　學位年度：2009　　框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻結構是作為替代粘土實心磚建設多層房屋提出的一種節(jié)能環(huán)保型結構體系，既容易滿足人們?nèi)找嬖黾拥慕ㄖδ苄枰?，又具有較多層鋼筋混凝土框架房屋造價低和便于施工等優(yōu)點，是我國建設底部大空間房屋的一種具有競爭力的結構體系。然而，目前國內(nèi)外未見有對框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻結構整體房屋試驗研究的報道，其在地震作用下破壞形態(tài)和破壞機理，以及能否滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的“三水準”抗震設防理論，是否能經(jīng)受住地震的考驗等等，都是該結構體系在我國應用推廣、減少地震損失所亟需解決的科學問題。沒有試驗作基礎，抗震理論難以得到驗證和認可，更難以應用到實際工程中去，尤其對于砌體這種非線性異常復雜的材料，進行結構模型的試驗研究，其意義是不言而喻的。擬動力子結構試驗方法是將計算機的計算、控制與結構試驗有機結合起來，既經(jīng)濟方便又可真實模擬地震作用，可以很好的模擬大型復雜結構的地震反應?！　? 鑒于此，根據(jù)工程實踐，考慮試驗室場地及加載裝置的限制，在哈爾濱工業(yè)大學抗震與結構試驗大廳，建成一棟足尺三層框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻子結構模型，用以模擬六層框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻結構抗震性能。針對該模型的特點分別進行了擬動力子結構算法研究和擬動力子結構控制方法研究，同時對本文試驗模型在地震作用下的破壞形態(tài)、破壞機理以及抗震性能進行了研究，并對破壞后的試驗模型進行了加固方法初探?！　? 高階單步法本身是一種無條件收斂的隱式算法，已成功地應用于結構地震非線性反應分析、主動、半主動及智能振動控制、剛度解析表示的動力反應等分析。本文在前人研究的基礎上，提出了高階單步擬動力試驗算法及高階單步擬動力子結構試驗算法，結合等效剪切剛度概念，提出了本步剛度的近似假設，實現(xiàn)了將隱式的高階單步法轉換成對擬動力試驗的顯式算法，方便地實現(xiàn)了高階單步隱式積分算法的擬動力試驗及擬動力子結構試驗。數(shù)值模擬分析和多自由度試驗結果表明，高階單步法具有較中心差分法有較高的精度和穩(wěn)定性，將其應用到擬動力試驗和擬動力子結構試驗是可行的。　　針對本文試驗模型在峰值加速度較小時屬于大剛度試驗模型，結合高階單步法，提出了力控制高階單步擬動力子結構試驗方法。多自由度結構模型試驗研究表明，采用力控制試驗方法進行大剛度模型擬動力子結構試驗，在結構恢復力特性進入下降段之前是可行的，從而豐富和發(fā)展了擬動力子結構試驗方法。用數(shù)值模擬分析及單自由度驗證過的算法卻在多自由度中無法行得通，要么是由于試驗誤差導致算法發(fā)散，要么是根本不能或很難實現(xiàn)算法計算的命令信號，從而引起國內(nèi)外科研工作人員越來越重視擬動力子結構控制技術的發(fā)展?；诖耍疚氖紫葘χ鸩节吔繕宋灰频能涶詈霞虞d系統(tǒng)控制方法進行了研究，試驗結果表明，采用軟耦合加載控制方法進行多自由度體系的結構擬動力試驗時，在一定程度上能夠達到減少作動器耦聯(lián)的目的。但是，沒有從根本上解決作動器之間的耦聯(lián)，隨著模型復雜化，自由度的增加將大大增加了試驗的控制難度，將使軟耦合加載控制方法徹底失效。因此，本文嘗試對等效力控制方法進行研究，數(shù)值模擬和試驗結果表明，等效力控制試驗方法具有很好的魯棒性，通過合理的設置等效力控制器，可以很好的完成多自由度的位移控制，為多自由度試驗模型的擬動力子結構試驗提供了有效的控制手段?！　? 采用上述擬動力子結構試驗技術對本文試驗模型進行了地震動峰值加速度分別為35 gal、70 gal、110 gal、220 gal、260 gal、310 gal、350gal 下的擬動力子結構試驗，試驗結果表明，破壞主要發(fā)生在底部框架層及與框架層相連的剪力墻層，上部各層發(fā)生輕微破壞，未形成明顯的薄弱層，整體結構抗震性能良好，可以滿足我國抗震規(guī)范7~8 度區(qū)的彈塑性階段位移驗算要求，符合“三水準”抗震設防目標，為底框配筋砌塊短肢砌體剪力墻結構體系的抗震性能理論研究及其工程設計提供了參考，推動該結構在多層建筑中的工程應用?！　≡谠囼災Ｐ屯瓿上到y(tǒng)的擬動力子結構試驗后，模型的結構構件梁、板、柱、墻均出現(xiàn)不同程度的損壞。本文根據(jù)對模型損傷程度的評估，有針對性地制定了加固方案，并通過對加固后的試驗模型再次進行的擬動力子結構試驗，研究了震后受損結構構件所用加固方法的適用性和加固對恢復結構抗震性能的效果，為框支剪力墻結構形式房屋的震后整體修復提供了技術支持，也為整體結構加固修復提供了理論支持?！　?

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