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既有结构外套增层隔震加固振动台试验研究

作　者: 林琦
导　师: 吴斌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 外套结构加固层间隔震体系振动台试验 ABAQUS弹塑性时程分析
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着上世纪兴建的大批建筑进入老龄期，结构抗震加固成为近年来的热点问题。对于需要加层改造的旧结构，外套结构增层加固改造方案是工程界逐渐兴起的一种加固手段。通过外套结构与旧结构的协同受力提高结构的抗震能力，还可以利用加层结构及层间隔震技术形成调谐质量阻尼系统，进一步改善结构的抗震性能。但外套结构与原结构协同受力的机理较为复杂，层间减震体系也没有足够的研究，更没有相应国家规范的支持，给加固改造工作带来很大困难。因此，本文着重通过振动台试验研究既有剪力墙结构增层加固改造后的抗震性能，研究工作主要包括以下几个方面：（1）完成对一栋十四层剪力墙结构的1/6缩尺模型外套增层隔震加固后的振动台试验，对比研究了隔震、非隔震结构在不同烈度地震作用下的抗震性能。试验结果表明：结构在外套增层隔震加固改造后，整体抗震性能良好，在经受8度罕遇地震下没有发生严重破坏；通过拉结筋连接，外套结构与原结构能很好协同工作；增层隔震方法能够较好地控制下部结构的地震响应，同时没有明显放大上部结构的地震响应。（2）通过ABAQUS软件对振动台试验进行数值仿真分析以进一步探讨增层隔震加固结构的抗震性能。研究结果表明：数值模拟结果与试验结果吻合良好，能够较好地把握结构地震响应规律；外套结构墙体承担较大的倾覆力矩，但与基础连接较为薄弱；虽然结构底部楼层的有害层间位移角较大，但仍满足规范限值要求；整体结构混凝土损伤主要发生在结构底部以及开洞不连续墙片转换层处。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 外套结构加固改造方法  10-11
    1.2.2 层间隔震技术  11-13
    1.2.3 超限复杂结构振动台试验研究  13-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第2章增层隔震加固结构振动台试验  16-42
  2.1 引言  16
  2.2 原型结构介绍  16-17
  2.3 试验模型设计  17-20
    2.3.1 相似比初步设计  18
    2.3.2 人工配重计算  18-20
    2.3.3 相似比最终值  20
  2.4 试验模型制作  20-25
    2.4.1 剪力墙结构施工  23-25
    2.4.2 钢框架结构施工  25
  2.5 材料性能测试  25-28
    2.5.1 砂浆抗压强度测试  25-26
    2.5.2 焊接钢丝网强度测试  26-27
    2.5.3 材料强度相似比核算  27-28
  2.6 隔震支座参数设计  28-32
  2.7 试验工况方案设计  32-36
  2.8 试验装置与测点布置  36-38
    2.8.1 试验设备与装置  36
    2.8.2 试验测点布置  36-38
  2.9 试验现象描述  38-40
  2.10 本章小结  40-42
第3章振动台试验结果分析  42-57
  3.1 引言  42
  3.2 结构动力特性分析  42-44
  3.3 加速度数据分析  44-49
    3.3.1 加速度时程曲线  44-45
    3.3.2 加速度响应峰值  45-47
    3.3.3 加速度放大系数分析  47-49
    3.3.4 加速度响应分析小结  49
  3.4 位移数据分析  49-54
    3.4.1 位移时程曲线  49-51
    3.4.2 位移响应峰值  51-53
    3.4.3 名义层间位移角分析  53-54
  3.5 应变数据分析  54-56
    3.5.1 混凝土应变数据分析  54-55
    3.5.2 钢丝应变数据分析  55-56
  3.6 本章小结  56-57
第4章模型振动台试验数值仿真  57-86
  4.1 引言  57
  4.2 ABAQUS 软件概述  57-58
  4.3 有限元建模方法  58-63
    4.3.1 材料本构模型  58-60
    4.3.2 单元模型选取  60-62
    4.3.3 荷载与边界约束  62
    4.3.4 数值积分方法  62-63
    4.3.5 模型网格划分  63
  4.4 建模方法验证  63-65
    4.4.1 拟静力试验模型  63-64
    4.4.2 建模过程及分析验证  64-65
  4.5 振动台试验数值模型验证  65-73
    4.5.1 结构动力特性对比分析  65-69
    4.5.2 结构动力响应对比分析  69-73
  4.6 振动台试验数值模拟分析  73-84
    4.6.1 TMD 效果验证  73-74
    4.6.2 基底剪力及倾覆力矩分析  74-76
    4.6.3 层间位移角分析  76-78
    4.6.4 响应云图分析  78-84
  4.7 本章小结  84-86
结论  86-87
参考文献  87-92
致谢  92

既有结构外套增层隔震加固振动台试验研究

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