【博士】框支配筋砌塊短肢砌體結(jié)構(gòu)擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究

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　　【博士】框支配筋砌塊短肢砌體結(jié)構(gòu)擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　 框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻結(jié)構(gòu)是作為替代粘土實(shí)心磚建設(shè)多層房屋提出的一種節(jié)能環(huán)保型結(jié)構(gòu)體系，既容易滿足人們?nèi)找嬖黾拥慕ㄖδ苄枰?，又具有較多層鋼筋混凝土框架房屋造價低和便于施工等優(yōu)點(diǎn)，是我國建設(shè)底部大空間房屋的一種具有競爭力的結(jié)構(gòu)體系。然而，目前國內(nèi)外未見有對框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻結(jié)構(gòu)整體房屋試驗(yàn)研究的報道，其在地震作用下破壞形態(tài)和破壞機(jī)理，以及能否滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防理論，是否能經(jīng)受住地震的考驗(yàn)等等，都是該結(jié)構(gòu)體系在我國應(yīng)用推廣、減少地震損失所亟需解決的科學(xué)問題。沒有試驗(yàn)作基礎(chǔ)，抗震理論難以得到驗(yàn)證和認(rèn)可，更難以應(yīng)用到實(shí)際工程中去，尤其對于砌體這種非線性異常復(fù)雜的材料，進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)研究，其意義是不言而喻的。擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法是將計算機(jī)的計算、控制與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來，既經(jīng)濟(jì)方便又可真實(shí)模擬地震作用，可以很好的模擬大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)?！　? 鑒于此，根據(jù)工程實(shí)踐，考慮試驗(yàn)室場地及加載裝置的限制，在哈爾濱工業(yè)大學(xué)抗震與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大廳，建成一棟足尺三層框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻子結(jié)構(gòu)模型，用以模擬六層框支配筋砌塊短肢砌體剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能。針對該模型的特點(diǎn)分別進(jìn)行了擬動力子結(jié)構(gòu)算法研究和擬動力子結(jié)構(gòu)控制方法研究，同時對本文試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诘卣鹱饔孟碌钠茐男螒B(tài)、破壞機(jī)理以及抗震性能進(jìn)行了研究，并對破壞后的試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了加固方法初探?！　? 高階單步法本身是一種無條件收斂的隱式算法，已成功地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)地震非線性反應(yīng)分析、主動、半主動及智能振動控制、剛度解析表示的動力反應(yīng)等分析。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，提出了高階單步擬動力試驗(yàn)算法及高階單步擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)算法，結(jié)合等效剪切剛度概念，提出了本步剛度的近似假設(shè)，實(shí)現(xiàn)了將隱式的高階單步法轉(zhuǎn)換成對擬動力試驗(yàn)的顯式算法，方便地實(shí)現(xiàn)了高階單步隱式積分算法的擬動力試驗(yàn)及擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。數(shù)值模擬分析和多自由度試驗(yàn)結(jié)果表明，高階單步法具有較中心差分法有較高的精度和穩(wěn)定性，將其應(yīng)用到擬動力試驗(yàn)和擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是可行的?！　? 針對本文試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诜逯导铀俣容^小時屬于大剛度試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，結(jié)合高階單步法，提出了力控制高階單步擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法。多自由度結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究表明，采用力控制試驗(yàn)方法進(jìn)行大剛度模型擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，在結(jié)構(gòu)恢復(fù)力特性進(jìn)入下降段之前是可行的，從而豐富和發(fā)展了擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法。用數(shù)值模擬分析及單自由度驗(yàn)證過的算法卻在多自由度中無法行得通，要么是由于試驗(yàn)誤差導(dǎo)致算法發(fā)散，要么是根本不能或很難實(shí)現(xiàn)算法計算的命令信號，從而引起國內(nèi)外科研工作人員越來越重視擬動力子結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的發(fā)展。基于此，本文首先對逐步趨近目標(biāo)位移的軟耦合加載系統(tǒng)控制方法進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用軟耦合加載控制方法進(jìn)行多自由度體系的結(jié)構(gòu)擬動力試驗(yàn)時，在一定程度上能夠達(dá)到減少作動器耦聯(lián)的目的。但是，沒有從根本上解決作動器之間的耦聯(lián)，隨著模型復(fù)雜化，自由度的增加將大大增加了試驗(yàn)的控制難度，將使軟耦合加載控制方法徹底失效。因此，本文嘗試對等效力控制方法進(jìn)行研究，數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果表明，等效力控制試驗(yàn)方法具有很好的魯棒性，通過合理的設(shè)置等效力控制器，可以很好的完成多自由度的位移控制，為多自由度試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄M動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)提供了有效的控制手段?！　? 采用上述擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)對本文試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了地震動峰值加速度分別為35 gal、70 gal、110 gal、220 gal、260 gal、310 gal、350gal 下的擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，破壞主要發(fā)生在底部框架層及與框架層相連的剪力墻層，上部各層發(fā)生輕微破壞，未形成明顯的薄弱層，整體結(jié)構(gòu)抗震性能良好，可以滿足我國抗震規(guī)范7~8 度區(qū)的彈塑性階段位移驗(yàn)算要求，符合“三水準(zhǔn)”抗震設(shè)防目標(biāo)，為底框配筋砌塊短肢砌體剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震性能理論研究及其工程設(shè)計提供了參考，推動該結(jié)構(gòu)在多層建筑中的工程應(yīng)用。　　在試驗(yàn)?zāi)Ｐ屯瓿上到y(tǒng)的擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)后，模型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件梁、板、柱、墻均出現(xiàn)不同程度的損壞。本文根據(jù)對模型損傷程度的評估，有針對性地制定了加固方案，并通過對加固后的試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮俅芜M(jìn)行的擬動力子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，研究了震后受損結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用加固方法的適用性和加固對恢復(fù)結(jié)構(gòu)抗震性能的效果，為框支剪力墻結(jié)構(gòu)形式房屋的震后整體修復(fù)提供了技術(shù)支持，也為整體結(jié)構(gòu)加固修復(fù)提供了理論支持。　　

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