混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系的研究

混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系，是在混凝土中掺加一定比例的聚合物以增强混凝土的抗冲击韧性与阻尼, 在墙肢中设置暗支撑以提高剪力墙的抗震承载能力、耗能与变形能力,在连梁中内置带抗剪钉钢板以解决钢筋暗支撑连梁的钢筋拥挤难题。增强阻尼混凝土提高了剪力墙的开裂强度与耗能能力,墙肢中的暗支撑与连梁中内置带剪力钉钢板构成的混合暗支撑起到了有效控制剪力墙合理破坏机制的作用。本课题对混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系的抗震性能进行了试验研究与理论分析，主要内容和结果如下：(1).完成了对50个不同配比、不同部位配置聚合物的砂浆试件的阻尼测试,得到了砂浆阻尼增强效果好且经济的聚灰比及局部添加聚合物的构件长度;完成了14组不同配比的增强阻尼混凝土的材性实验，研究了聚灰比、乳液共混及不同纤维掺入对增强阻尼混凝土基本力学性能的影响,得到了阻尼增强效果较优的掺料百分比;完成了9组共27个不同配比、不同部位配置聚合物的增强阻尼混凝土悬臂梁的阻尼测试，得到了高阻尼混凝土悬臂梁的阻尼比与变形的统计关系。(2).完成了3片带暗支撑中高剪力墙的抗震性能试验，得到的抗震性能指标与破坏机制均优于普通混凝土剪力墙，同时评估了高阻尼剪力墙经济性指标与抗震耗能效果的关系。(3).完成了缩比为1/4的两片不同连梁跨高比的带钢筋暗支撑的双肢高阻尼剪力墙及两片不同连梁跨高比的带钢板暗支撑的双肢高阻尼剪力墙的抗震性能试验，得出此剪力墙体系能有效提高抗震能力，而经济上也能被工程界所接受。(4).以试验数据为校核基准，以ABAQUS分析软件为平台，提出了新的剪力墙宏观单元模型，建立了混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系非线性有限元分析精确与实用分析方法; 提出了两种精细积分方法、减缩精细积分方法，建立了混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系动力非线性精细计算方法并编写了计算机程序。(5).发明了内藏钢板-钢筋暗支撑高阻尼组合低剪力墙，并对其进行了抗震性能试验与非线性数值模拟，总结了提高其耗能特性的参数取值范围。(6).研究了位移反应谱，完成了混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系的非线性数值模拟与参数分析，归纳得到了不同剪跨比的剪力墙的恢复力模型，建立了基于位移的混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系的抗震设计方法。(7).提出了快速增量动力分析方法与结构破坏概率计算的离散格式，以此为基础建立了基于概率性能的混合暗支撑高阻尼剪力墙结构体系的抗震设计方法。 2100433B

双肢及多肢剪力墙是目前常用的剪力墙设计方案。研究表明：在墙肢和连梁中设置钢筋暗支撑，可以提高剪力墙体系的抗震能力，但连梁中钢筋拥挤难以施工；在剪力墙体系中内置钢桁架，也可以提高剪力墙体系的抗震能力，但太不经济；只在连梁中内置钢板，同样可以提高剪力墙的抗震能力，但墙肢会出现不希望出现的开裂模式。为了改善钢筋混凝土剪力墙的抗震能力，提出了在墙肢中设置暗支撑、在连梁中内置钢板、暗柱及墙肢底部为阻尼增强混凝土的双肢及多肢剪力墙结构新体系。本项目拟从研究墙肢暗支撑与连梁内置钢板形成的混合暗支撑对剪力墙整体抗震性能影响入手，寻找使剪力墙结构体系保持良好抗震性能的混合暗支撑优化设计方法；通过对增强阻尼混凝土柱、墙的抗震性能研究，建立将增强阻尼混凝土应用于剪力墙结构体系的经济且能有效减震的方案。由此形成的混合暗支撑高阻尼剪力墙体系的承载力与延性较高、能耗散大量的地震能量且具有符合多重防线特征的破坏机制。

带暗支撑高阻尼混凝土核心筒结构是由内置钢板混凝土连梁、内置X型钢板暗支撑混凝土墙肢、强约束角柱与边柱组合形成的一种新体系。本课题对该组合核心筒结构体系的抗震性能进行了试验研究与理论分析，主要研究内容和结果如下： (1).以本土水泥浆或砂浆为基体成功配制出ECC，在ECC中掺加聚合物得到高阻尼ECC。对各种配比的ECC进行了一系列材性试验，通过9根大尺寸高阻尼ECC梁振动试验，得到了高阻尼ECC的最优聚灰比。 (2).完成了9根强约束柱抗震性能试验，应用ABAQUS软件建立了强约束柱（包括叠合柱）精细有限元分析模型，通过参数分析得到框架柱延性系数与配箍特征值的关系、钢筋ECC柱的最小体积配箍率取值、叠合柱的合理构造方案。 (3).完成了8片带暗支撑高阻尼剪力墙抗震性能试验，完成了4片双肢高阻尼剪力墙抗震性能试验。应用ABAQUS软件、MSC.MARC软件建立了剪力墙精细有限元分析模型，通过数值模拟得到剪力墙塑性长度计算公式、墙肢和连梁含钢率的合理取值、暗支撑的合理设置方案。 (4).完成了不同角柱型式（箍筋加密柱，型钢叠合柱，钢管混凝土叠合柱）、不同暗支撑布置形式（每层设暗支撑、两层设暗支撑）、不同高宽比（1.33与1.78）、不同轴压比（0.1与0.2）、不同加载方式（单向与斜向）共8个组合核心筒的抗震性能试验。 (5).应用ABAQUS软件，建立了以实体单元为基础的组合核心筒精细有限元分析方法，应用OpenSees软件，建立了以宏观单元模型为基础的组合核心筒实用有限元分析方法。完成了单向、斜向、偏心静力荷载下组合核心筒的弹塑性分析及增量动力弹塑性分析（IDA），得到了各种工况下组合核心筒抗震性能指标及剪力滞后效应的变化规律，研究了轴压比、高宽比、连梁跨高比、角柱型式、暗支撑布置形式等对组合核心筒弹塑性性能的影响。 (6).研究了位移反应谱、研究了组合核心筒性能指标限值，建立了基于位移的组合核心筒体系的抗震设计方法。 (7).将组合核心筒置于高层框筒结构中，通过拟静力试验、耐震时程法、基于能量平衡的 MPA 法，进一步论证了组合核心筒的优越性。 2100433B

混凝土核心筒是高层混合结构的主要抗侧力构件, 目前在工程中广泛应用。研究表明：在墙肢和连梁中设置钢筋暗支撑，可以提高核心筒的抗震能力，但钢筋拥挤难以施工；在墙肢中内置钢桁架或钢板，也可以提高核心筒的抗震能力，但太不经济难以推广。为了改善混凝土核心筒的抗震能力，提出由内置带抗剪钉钢板混凝土连梁、内置焊接抗剪钉钢斜撑混凝土墙肢与叠合柱角部组合形成一种高阻尼混凝土核心筒结构新体系。本项目拟从研究连梁、墙肢与叠合柱角部对核心筒整体抗震性能的影响入手，通过大量的试验研究与计算机仿真分析，寻找使核心筒结构保持良好抗震性能的连梁、墙肢、叠合柱角部最优组合设置方案，形成一种可以充分发挥核心筒空间结构特点，承载力与延性高、能耗散大量地震能量且具有多重防线特征的新体系。为了在工程中推广应用该种结构体系，本项目进一步发展了适用于该体系的非线性分析精细与实用有限元方法，建立了适用于该体系的基于概率性能的设计方法。

提出钢筋混凝土带支撑剪力墙并获国家专利。提出异形截面带暗支撑短肢剪力墙－带暗支撑筒体这一结构体系。抓住增强短肢剪力墙结构抗震能力这个关键问题，将申请者已有带暗支撑一字形截面长肢剪力墙的研究进行拓展，首次采用在较薄弱的异形截面短肢剪力墙墙肢和筒体的底部加设暗支撑的方法，提高结构整体的抗震能力。相关联地、较系统地从构件到结构、从静力试验到动力试验、从试验到理论、从理论到设计进行带暗支撑短肢剪力墙－带暗支撑筒体结构的抗震性能和设计理论的研究，解决异形截面带暗支撑短肢剪力墙复杂受力的问题，建立其抗震分析力学模型和理论公式，给出结构抗震设计原则、实用设计方法及构造措施，为工程应用奠定基础。 2100433B