基于干砌填充墙摩擦耗能的钢筋混凝土框架结构减振研究

随着我国城镇化进程的加快，大量低层住宅结构被广泛修建，如何经济性地提高此类房屋的抗震性能是关系到国计民生的问题。本项目申请在国内外现有研究的基础上，围绕提高填充墙的耗能贡献开展研究，深入分析填充墙在地震作用下的耗能特性，采用干砌块无浆堆砌形成填充墙，将干砌填充墙作为分布式摩擦耗能器，利用干砌块之间的相互摩擦，提高结构整体抗震性能。研究着眼于干砌耗能墙自身的耗能特性，对其耗能机理、耗能模式进行分析，并全面考虑墙体正压力、砌块类型等因素对耗能的影响，得到适于工程应用的耗能阻尼力学模型；同时确定干砌填充墙与框架之间不同连接方式对结构动力特性的影响，给出整体力学特性与连接初始条件之间的定量关系，确定最优初始条件并将干砌填充墙应用于实际工程结构抗震性能的改善中，建立干砌填充墙框架振动控制理论模型；最后探索该耗能墙结构在实际工程中的开发及应用。本项目的研究成果具有重要的科学意义和工程实用价值。

本课题以干砌填充墙框架为研究对象，深入分析填充墙在地震作用下的耗能特性，对其耗能机理、耗能模式进行分析；同时确定干砌填充墙与框架之间不同连接方式对结构动力特性的影响，给出整体力学特性与连接初始条件之间的定量关系；最后探索该耗能墙结构在实际工程中的开发及应用。主要取得以下成果：.1. 提出了新型干砌填充墙框架结构并对其进行理论分析；对干砌砌体的轴压、剪压特性进行了理论分析并采用试验以及有限元仿真进行了验证；设计框架反复加载试验，对比分析了不同填充形式对结构整体性能的影响；通过分析滞回曲线，得到了总耗能、附加等效粘滞阻尼比等填充墙框架结构的耗能特性。.2. 基于干砌填充墙框架结构反复荷载试验进行了有限元建模分析，并完成填充墙的参数分析。利用有限元模型分析了该干砌填充墙框架结构在侧向加载作用下结构内力变化以及失效模式。利用该有限元模型展开填充墙不同参数的分析，得到的结果与理论公式吻合良好。.3. 提出了干砌填充墙简化设计方法；介绍了干砌填充墙数值模型的简化分析方法并进行算例分析；针对工程实际中某框架结构开展分析；考察不同地震波形、结构不同层数以及填充墙不同布置方案对框架动力性能的影响。.4. 通过逐步释放节点的转动能力分别模拟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)。研究不同节点刚度对填充墙面内抗侧力和耗能性能并针对砌块表面的摩擦系数和砌块的弹性模量进行参数分析。.5. 建立四种不同嵌固形式(方形、梯形、圆弧型和悬链型)对应的干砌填充墙面外力学模型，分析不同嵌固形状对填充墙面外极限承载力、局部等效应力和裂缝开展等的影响；建立不同嵌固高度和不同嵌固宽度的填充墙框架结构，分析嵌固尺寸对干砌填充墙平面外受力性能的影响，得出最优嵌固比例。