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(jì)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(guò)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(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,

2、對(duì)該結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行研究,給出結(jié)構(gòu)全壽命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:
　　1、通過(guò)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(yàn),對(duì)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(jìn)行對(duì)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(duì)9榀異形邊緣柱密肋復(fù)合墻體進(jìn)行彈塑性擴(kuò)展分析。通過(guò)試驗(yàn)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(diǎn)與機(jī)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(duì)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(jì)方法研究提供參考依據(jù)。
　　2、在試驗(yàn)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(jiǎn)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(xué)基本理論,給出確定斜桿幾何與力學(xué)參數(shù)的方法,討論了剛架及斜桿塑性性能的模擬等問(wèn)題,利用該簡(jiǎn)化模型對(duì)墻體及結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性分析,經(jīng)與

4、試驗(yàn)結(jié)果對(duì)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(dòng)力特性。
　　3、闡述了增量動(dòng)力分析(IDA)的基本理論,討論選擇地震動(dòng)記錄的方法,確定合適的地震強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)性能參數(shù),采用 IDA法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)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(guò)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及遇震損失評(píng)價(jià)提供依據(jù)。
　　4、對(duì)工程

5、全壽命周期各階段的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行論述,提出設(shè)計(jì)階段全壽命周期優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),以地震動(dòng)峰值加速度等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)作為主要優(yōu)化變量,給出兩層次分類優(yōu)化的設(shè)計(jì)框架。在此基礎(chǔ)上,討論建筑結(jié)構(gòu)破壞模式及失效準(zhǔn)則,結(jié)合結(jié)構(gòu)抗震的多級(jí)設(shè)防原則,給出適用于全壽命優(yōu)化設(shè)計(jì)的單一失效模式下的分級(jí)失效準(zhǔn)則,推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)失效概率簡(jiǎn)便計(jì)算方法。該方法與當(dāng)前抗震設(shè)計(jì)理論發(fā)展方向一致,且考慮了結(jié)構(gòu)性能的隨機(jī)性,是對(duì)現(xiàn)有方法的合理改進(jìn)。以最優(yōu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)決策及最小造價(jià)設(shè)計(jì)為目標(biāo),

6、給出建筑結(jié)構(gòu)全壽命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)墻體傳熱阻影響并不十分明顯,而夾芯保溫層對(duì)墻體傳熱阻影響顯著。應(yīng)用 DeST-h能耗模擬軟件,對(duì)6種異形柱-密肋復(fù)合墻建筑的全年能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬及對(duì)比分析,為全壽命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)提供能耗估計(jì)依據(jù)。討論異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各種費(fèi)用估計(jì)的方法,對(duì)一個(gè)異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行全壽命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　

7、本文的主要?jiǎng)?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(duì)復(fù)合墻體抗震性能的影響,探討此種墻體的受力機(jī)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(guò)試驗(yàn)及數(shù)值分析,探討異形邊緣柱密肋復(fù)合墻體的受力機(jī)理及破壞性態(tài),重點(diǎn)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(duì)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(jì)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(jiǎn)化計(jì)算模型,采用動(dòng)力增量分析法,對(duì)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(jìn)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(jiǎn)化分析模型,并給出斜桿幾何與力學(xué)參數(shù)確定及塑性性能模擬的方法。采用 IDA法對(duì)異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)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(fēng)

9、險(xiǎn)評(píng)估及遇震損失估計(jì)提供依據(jù)。
　　3、提出全壽命周期兩層次分類優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)方法。
　　提出全壽命周期兩層次分類優(yōu)化設(shè)計(jì)的框架,建立以地震動(dòng)峰值加速度等工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為優(yōu)化變量的目標(biāo)函數(shù),給出建筑結(jié)構(gòu)全壽命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。對(duì)密肋復(fù)合墻建筑的保溫性能及全年實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)能耗進(jìn)行分析,討論異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各種費(fèi)用估計(jì)的方法,對(duì)一個(gè)異形柱-密肋復(fù)合墻結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行全壽命周期優(yōu)化設(shè)計(jì)。