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节点刚性对干砌填充墙框架力学性能的影响

作　者: 张川
导　师: 刘红军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 节点刚性 干砌填充墙 框架结构 耗能 力学性能
分类号: TU398
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着经济的发展和技术的进步，填充墙框架结构的使用越来越广，如何经济性的提高填充墙框架结构的抗震性能具有重要的意义。已有的研究表明，利用干砌墙滑动摩擦的特性，可以有效地提高填充墙框架结构的抗震性；但同时干砌墙耗能很大程度上受框架变形的影响，而梁柱节点正是决定框架变形的关键因素。为准确把握干砌墙框架的力学特性，本文以框架节点为研究对象，选取工程中常用的节点并利用有限元软件对干砌墙框架结构进行深入分析，以最大化的增加建筑阻尼，提升结构的力学性能。根据课题组完成的干砌墙框架拟静力试验，文章利用ANSYS建立了干砌墙框架细观分析模型并进行了验证。该细观分析模型能够准确把握砌块之间、墙体与框架之间的接触作用。为模拟实际的框墙作用，本文将框墙连接分为框墙无缝以及框墙完有缝两种边界条件，并分别建立模型进行分析。通过将仿真结果与课题组已有的试验数据进行对比分析，验证了该有限元模型的准确性和可靠性，为后续的各种荷载工况的研究奠定了基础。结果表明：与有浆填充墙对框架的附加作用对比，干砌填充墙对框架的附加刚度很小且能大幅提高框架的延性；同时干砌墙墙体和框架的应力分布更为均匀合理。在上述框墙细观模型的基础上，逐步释放节点的转动能力，分别模拟了工程实际常用的三种不同刚性节点：全焊接的刚接节点、刚性较大的双腹板带顶底角钢连接节点(半刚性1)和刚性较小的双腹板连接节点的框架(半刚性2)。当采用半刚性节点时，干砌墙对结构的抗侧力、延性和应力均匀等特性的贡献更大。同时本文对砌块的摩擦系数和弹性模量进行参数分析，优化了框墙之间的相互作用和干砌墙摩擦耗能的特点，完善了不同工况下干砌墙的使用。通过对前文建立的不同节点刚性有限元模型进行变幅往复加载，得到了不同刚性节点下干砌墙的滞回曲线，并提取了结构的骨架曲线。通过对所得的滞回曲线进行积分，获得了不同节点下干砌墙的耗能大小；同时，在深入分析干砌填充墙框架受力机理的基础上，分析不同工况下结构的骨架曲线，提出了干砌墙框架抗侧力计算的简化公式，为工程实际应用提供了指导。本文指出干砌墙在框架中的表现主要为摩擦效应和斜撑效应，而节点刚性正是发挥二者的关键点。在一定范围释放节点刚性有助于提高干砌墙的耗能能力；较柔的节点连接，会使得框架套箍干砌墙。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 填充墙框架结构的研究现状  9-12
    1.2.2 干砌体结构的研究现状  12-13
    1.2.3 框架节点刚性的研究现状  13-14
  1.3 本文主要研究内容和方案  14-15
第2章 干砌墙框架精细化模型仿真  15-27
  2.1 引言  15
  2.2 干砌墙刚接框架拟静力试验仿真  15-18
    2.2.1 干砌墙框架拟静力试验  15-16
    2.2.2 干砌墙刚接框架数值仿真策略  16-18
  2.3 有限元模型建立及验证  18-22
    2.3.1 单元的材料参数  18
    2.3.2 干砌填充墙刚接框架模型  18-20
    2.3.3 验证仿真结果的合理性  20-22
  2.4 干砌墙刚接单调加载研究  22-26
    2.4.1 干砌填充墙框架水平抗侧力分析  22-23
    2.4.2 框架应力分布  23-24
    2.4.3 干砌墙墙体应力分布  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 节点刚性对干砌墙抗侧力的影响  27-48
  3.1 引言  27
  3.2 节点刚性的分析  27-34
    3.2.1 带顶底角钢的双腹板连接  28-32
    3.2.2 双腹板连接  32-34
  3.3 节点对干砌墙框架力学性能的影响  34-43
    3.3.1 节点对干砌墙框架抗侧力的影响  35-39
    3.3.2 节点对干砌墙力学贡献的影响  39-43
  3.4 干砌墙抗侧力性能的优化  43-46
    3.4.1 砌块摩擦系数的优化分析  43-45
    3.4.2 砌块弹性模量的优化分析  45-46
  3.5 本章小结  46-48
第4章 节点刚性对干砌墙往复受力的影响  48-66
  4.1 引言  48
  4.2 节点刚性对纯框架往复受力的影响  48-52
    4.2.1 刚接节点连接纯框架  48-50
    4.2.2 双腹板带顶底角钢连接的纯框架  50-51
    4.2.3 双腹板连接的纯框架  51-52
  4.3 节点刚性对干砌墙框架滞回的影响  52-57
    4.3.1 刚接节点连接的干砌墙框架  52-54
    4.3.2 双腹板带顶底角钢连接干砌墙框架  54-55
    4.3.3 双腹板连接的干砌墙框架  55-57
  4.4 节点刚性对干砌墙耗能性能的影响  57-60
  4.5 干砌墙框架变幅往复加载结果分析  60-64
    4.5.1 干砌墙框架抗侧力性能分析  60-63
    4.5.2 干砌墙耗能特性影响分析  63-64
  4.6 本章小结  64-66
结论  66-68
参考文献  68-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 组合结构
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