異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)抗震性能及全壽命周期設(shè)計方法研究.pdf

1、密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)是一種耗能減震、節(jié)能環(huán)保的新型建筑結(jié)構(gòu)體系,經(jīng)過十余年不斷研究和發(fā)展,已在理論研究與工程應(yīng)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(jié)構(gòu)中復(fù)合墻體兩側(cè)的矩形截面邊緣柱難以滿足結(jié)構(gòu)剛度及延性需要,限制了密肋結(jié)構(gòu)在中高層建筑中的應(yīng)用。
　　本文在異形柱結(jié)構(gòu)及密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的研究基礎(chǔ)上,將傳統(tǒng)密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)與異形柱結(jié)構(gòu)結(jié)合,提出異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系。采取試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,

2、對該結(jié)構(gòu)抗震性能進行研究,給出結(jié)構(gòu)全壽命周期優(yōu)化設(shè)計方法,主要研究內(nèi)容與成果如下:
　　1、通過7榀密肋復(fù)合墻體試件的低周反復(fù)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(fù)合墻體彈塑性數(shù)值分析模型,對9榀異形邊緣柱密肋復(fù)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(fù)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(fù)合墻結(jié)構(gòu)的抗震性能分析及設(shè)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(chǔ)上,將密肋復(fù)合墻板等效為異形柱框架內(nèi)斜向設(shè)置的拉壓桿,提出異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)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(fù)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(jié)構(gòu)進行彈塑性分析,經(jīng)與

4、試驗結(jié)果對比,表明該模型能較好地模擬密肋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能參數(shù),采用 IDA法進行結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)分析,得到結(jié)構(gòu)最大層間位移角與加速度譜值間的關(guān)系及不同性能水平極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)位移限值。通過結(jié)構(gòu)抗震能力及地震需求分析,給出結(jié)構(gòu)地震易損性曲線,為異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計標準作為主要優(yōu)化變量,給出兩層次分類優(yōu)化的設(shè)計框架。在此基礎(chǔ)上,討論建筑結(jié)構(gòu)破壞模式及失效準則,結(jié)合結(jié)構(gòu)抗震的多級設(shè)防原則,給出適用于全壽命優(yōu)化設(shè)計的單一失效模式下的分級失效準則,推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)失效概率簡便計算方法。該方法與當前抗震設(shè)計理論發(fā)展方向一致,且考慮了結(jié)構(gòu)性能的隨機性,是對現(xiàn)有方法的合理改進。以最優(yōu)設(shè)計標準決策及最小造價設(shè)計為目標,

6、給出建筑結(jié)構(gòu)全壽命周期優(yōu)化設(shè)計的步驟。
　　5、分析采用不同填充材料的密肋復(fù)合墻體熱工性能,結(jié)果表明,填充材料導(dǎo)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(yīng)用 DeST-h能耗模擬軟件,對6種異形柱-密肋復(fù)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(shè)計提供能耗估計依據(jù)。討論異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及各種費用估計的方法,對一個異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)住宅進行全壽命周期優(yōu)化設(shè)計。
　　

7、本文的主要創(chuàng)新之處在于:
　　1、提出異形柱-密肋復(fù)合墻新型結(jié)構(gòu)體系,研究異形柱肢高肢厚比等因素對復(fù)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(fù)合墻板與異形柱結(jié)合,提出異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)體系。通過試驗及數(shù)值分析,探討異形邊緣柱密肋復(fù)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(jié)構(gòu)抗震性能分析及設(shè)計方法研究奠定

8、基礎(chǔ)。
　　2、提出異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)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(fù)合墻結(jié)構(gòu)的抗震性能及地震易損性進行分析。
　　將密肋復(fù)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(fù)合墻結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)進行分析,得到不同性能水平極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)位移限值及地震易損性曲線,為異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)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(shè)計框架,給出異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)全壽命周期設(shè)計方法。
　　提出全壽命周期兩層次分類優(yōu)化設(shè)計的框架,建立以地震動峰值加速度等工程設(shè)計標準為優(yōu)化變量的目標函數(shù),給出建筑結(jié)構(gòu)全壽命周期優(yōu)化設(shè)計的方法。對密肋復(fù)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(fù)合墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及各種費用估計的方法,對一個異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)住宅進行全壽命周期優(yōu)化設(shè)計。