【摘 要】
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剪力墙侧向刚度与强度较高,但变形能力相对不足。减震连梁剪力墙通过在连梁上设置阻尼器以调节连梁刚度,优化剪力墙屈服机制。当前减震连梁阻尼器多为金属阻尼器或粘弹性阻尼器,存在传力机制复杂、变形后不易恢复等缺点。本文目的即在于利用多稳态结构几何非线性设计新型减震连梁,其无需材料屈服或塑性变形,并研究基于多稳态结构优化剪力墙屈服机制。首先根据链式模型理论推导变截面双稳态支撑的力学模型和应变公式,再利用变截
【基金项目】
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国家重点研发计划课题“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项(2019YFC1509304); 教育部长江学者奖励计划; 国家杰出青年科学基金(51625803); 江苏省自然科学基金(BK20190365)
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剪力墙侧向刚度与强度较高,但变形能力相对不足。减震连梁剪力墙通过在连梁上设置阻尼器以调节连梁刚度,优化剪力墙屈服机制。当前减震连梁阻尼器多为金属阻尼器或粘弹性阻尼器,存在传力机制复杂、变形后不易恢复等缺点。本文目的即在于利用多稳态结构几何非线性设计新型减震连梁,其无需材料屈服或塑性变形,并研究基于多稳态结构优化剪力墙屈服机制。首先根据链式模型理论推导变截面双稳态支撑的力学模型和应变公式,再利用变截面双稳态支撑的几何非线性设计减震连梁阻尼器及相应新型减震连梁,最后提出一种采用该新型减震连梁调节连梁刚度的剪力墙屈服机制优化方法。本文主要的研究工作和成果总结如下:(1)推导了变截面双稳态支撑适用的链式模型及该模型下的轴向正应变计算公式,进行了有限元验证以及8个变截面双稳态支撑验证试验。有限元和试验验证结果表明,链式模型及推导的应变计算公式准确有效。(2)利用链式模型研究变截面双稳态支撑几何参数与力学性能指标之间的联系,开发设计了一种采用变截面双稳态支撑-粘弹性材料并联形式的减震连梁阻尼器及相应的新型减震连梁。有限元验证表明,新型减震连梁阻尼器可以按设计预期表现出准零刚度特性,据此设计的减震连梁具备按需求灵活调控刚度的特点。(3)提出了一种剪力墙设置不同刚度减震连梁的屈服机制优化方法。推导了利用减震连梁刚度灵活可调特性优化剪力墙屈服机制的设计公式,并给出了更侧重于力学性能的修正方法;给出了一条通过加强顶部减震连梁以改进优化设计方案的思路。研究结果表明,剪力墙设置“下强上弱”的连梁可以使应力分布更加均匀,提出的优化设计方法均能按要求优化剪力墙的屈服机制。本文的主要创新点为:(1)提出了变截面双稳态支撑设计减震连梁的简化计算方法。推导了链式模型计算变截面双稳态支撑的应变计算理论公式,据此设计了两种用于调节剪力墙连梁刚度、优化剪力墙屈服机制的减震连梁阻尼器,提出了一种杠杆式的、应用双稳态支撑阻尼器的减震连梁设计;(2)提出了利用减震连梁调控剪力墙屈服机制的设计方法和思路。利用上述应用双稳态支撑阻尼器的减震连梁设计,提出了一种剪力墙设置不同刚度减震连梁的塑性屈服机制优化设计方法及后续的改进思路,能够利用变截面双稳态支撑的几何非线性优化剪力墙连梁屈服机制。
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