異形柱-密肋復合墻結構抗震性能及全壽命周期設計方法研究.pdf

1、密肋復合墻結構是一種耗能減震、節(jié)能環(huán)保的新型建筑結構體系,經過十余年不斷研究和發(fā)展,已在理論研究與工程應用方面取得了階段性成果。隨著城市住宅建筑的高度不斷增加,原有密肋結構中復合墻體兩側的矩形截面邊緣柱難以滿足結構剛度及延性需要,限制了密肋結構在中高層建筑中的應用。
　　本文在異形柱結構及密肋復合墻結構的研究基礎上,將傳統(tǒng)密肋復合墻結構與異形柱結構結合,提出異形柱-密肋復合墻結構體系。采取試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結合的方法,

2、對該結構抗震性能進行研究,給出結構全壽命周期優(yōu)化設計方法,主要研究內容與成果如下:
　　1、通過7榀密肋復合墻體試件的低周反復水平及豎向加載試驗,對墻體的破壞特征、承載力、滯回特性、剛度退化及延性等受力性能進行對比分析。建立中高層密肋復合墻體彈塑性數(shù)值分析模型,對9榀異形邊緣柱密肋復合墻體進行彈塑性擴展分析。通過試驗研究及數(shù)值分析,考察異形邊緣柱密肋復合墻體的受力特點與機理,獲得異形柱截面形狀、肢高肢厚比、配筋率及墻體暗梁剛度等因

3、素對墻體承載力、剛度及位移延性的影響規(guī)律,為異形柱-密肋復合墻結構的抗震性能分析及設計方法研究提供參考依據(jù)。
　　2、在試驗研究與理論分析基礎上,將密肋復合墻板等效為異形柱框架內斜向設置的拉壓桿,提出異形柱-密肋復合墻結構的“剛架-拉壓桿”簡化分析模型,拉壓斜桿考慮了墻板肋格中縱筋的作用。采用復合材料力學基本理論,給出確定斜桿幾何與力學參數(shù)的方法,討論了剛架及斜桿塑性性能的模擬等問題,利用該簡化模型對墻體及結構進行彈塑性分析,經與

4、試驗結果對比,表明該模型能較好地模擬密肋結構的塑性變形及動力特性。
　　3、闡述了增量動力分析(IDA)的基本理論,討論選擇地震動記錄的方法,確定合適的地震強度及結構性能參數(shù),采用 IDA法進行結構的動力反應分析,得到結構最大層間位移角與加速度譜值間的關系及不同性能水平極限狀態(tài)下的結構位移限值。通過結構抗震能力及地震需求分析,給出結構地震易損性曲線,為異形柱-密肋復合墻結構地震風險評估及遇震損失評價提供依據(jù)。
　　4、對工程

5、全壽命周期各階段的優(yōu)化問題進行論述,提出設計階段全壽命周期優(yōu)化目標函數(shù),以地震動峰值加速度等結構設計標準作為主要優(yōu)化變量,給出兩層次分類優(yōu)化的設計框架。在此基礎上,討論建筑結構破壞模式及失效準則,結合結構抗震的多級設防原則,給出適用于全壽命優(yōu)化設計的單一失效模式下的分級失效準則,推導出結構失效概率簡便計算方法。該方法與當前抗震設計理論發(fā)展方向一致,且考慮了結構性能的隨機性,是對現(xiàn)有方法的合理改進。以最優(yōu)設計標準決策及最小造價設計為目標,

6、給出建筑結構全壽命周期優(yōu)化設計的步驟。
　　5、分析采用不同填充材料的密肋復合墻體熱工性能,結果表明,填充材料導熱系數(shù)對墻體傳熱阻影響并不十分明顯,而夾芯保溫層對墻體傳熱阻影響顯著。應用 DeST-h能耗模擬軟件,對6種異形柱-密肋復合墻建筑的全年能耗進行實時模擬及對比分析,為全壽命周期優(yōu)化設計提供能耗估計依據(jù)。討論異形柱-密肋復合墻結構設計及各種費用估計的方法,對一個異形柱-密肋復合墻結構住宅進行全壽命周期優(yōu)化設計。
　　

7、本文的主要創(chuàng)新之處在于:
　　1、提出異形柱-密肋復合墻新型結構體系,研究異形柱肢高肢厚比等因素對復合墻體抗震性能的影響,探討此種墻體的受力機理及破壞形態(tài)。
　　將傳統(tǒng)密肋復合墻板與異形柱結合,提出異形柱-密肋復合墻結構體系。通過試驗及數(shù)值分析,探討異形邊緣柱密肋復合墻體的受力機理及破壞性態(tài),重點研究異形柱截面形狀、肢高肢厚比、配筋率及墻體暗梁剛度等因素對墻體剛度、承載力及位移延性的影響,為結構抗震性能分析及設計方法研究奠定

8、基礎。
　　2、提出異形柱-密肋復合墻結構的“剛架-拉壓桿”簡化計算模型,采用動力增量分析法,對異形柱-密肋復合墻結構的抗震性能及地震易損性進行分析。
　　將密肋復合墻板等效為能雙向受力的拉壓斜桿,提出剛架-拉壓桿”簡化分析模型,并給出斜桿幾何與力學參數(shù)確定及塑性性能模擬的方法。采用 IDA法對異形柱-密肋復合墻結構的動力反應進行分析,得到不同性能水平極限狀態(tài)下的結構位移限值及地震易損性曲線,為異形柱-密肋復合墻結構的地震風

9、險評估及遇震損失估計提供依據(jù)。
　　3、提出全壽命周期兩層次分類優(yōu)化設計框架,給出異形柱-密肋復合墻結構全壽命周期設計方法。
　　提出全壽命周期兩層次分類優(yōu)化設計的框架,建立以地震動峰值加速度等工程設計標準為優(yōu)化變量的目標函數(shù),給出建筑結構全壽命周期優(yōu)化設計的方法。對密肋復合墻建筑的保溫性能及全年實時動態(tài)能耗進行分析,討論異形柱-密肋復合墻結構設計及各種費用估計的方法,對一個異形柱-密肋復合墻結構住宅進行全壽命周期優(yōu)化設計。