工程力学 ›› 2019, Vol. 36 ›› Issue (10): 144-151.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0549

• 土木工程学科 • 上一篇    下一篇

损伤可控的含减震外挂墙板RC框架结构抗震性能分析

蒋庆, 王瀚钦, 冯玉龙, 种迅   

  1. 合肥工业大学土木与水利工程学院, 安徽, 合肥 230009
  • 收稿日期:2018-10-18 修回日期:2019-03-15 出版日期:2019-10-25 发布日期:2019-03-25
  • 通讯作者: 冯玉龙(1990-),男,安徽滁州人,讲师,博士,从事结构工程和工程抗震研究(E-mail:feng_yulong@126.com). E-mail:feng_yulong@126.com
  • 作者简介:蒋庆(1984-),男,安徽蚌埠人,副教授,博士,从事结构工程和工程抗震研究(E-mail:ahhfjq@163.com);王瀚钦(1994-),男,安徽合肥人,硕士生,从事结构工程和工程抗震研究(E-mail:wanghq@mail.hfut.edu.cn);种迅(1978-),女,河北辛集人,教授,博士,从事结构工程和工程抗震研究(E-mail:chongxun_sun@163.com).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51778201,51878233);中国博士后基金项目(2018M630706)

SEISMIC PERFORMANCE ANALYSES OF A DAMAGE-CONTROLLING RC FRAME WITH DAMPING CLADDING PANELS

JIANG Qing, WANG Han-qin, FENG Yu-long, CHONG Xun   

  1. School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 23009, China
  • Received:2018-10-18 Revised:2019-03-15 Online:2019-10-25 Published:2019-03-25

摘要: 预制混凝土外挂墙板作为一种高性能外围护构件在装配式建筑中得到广泛应用。为利用外挂墙板与主体结构之间的相对变形,提出在外挂墙板上部和下部分别采用钢筋线连接和U型耗能器(USD)的连接方式,形成含减震外挂墙板RC框架(F-USD)结构;进一步,在结构中加入摇摆墙,形成损伤可控的F-USD结构(F-USDRW)。基于校准的数值模型,进行了动力时程分析,对比了外挂墙板RC框架、F-USD和F-USDRW罕遇地震下USD耗能和结构响应。结果表明:提出的含USD外挂墙板可以实现减震目标;在F-USD中,各层USD耗能分布不均匀,某些楼层USD甚至不屈服;在F-USDRW中,摇摆墙可以有效地控制结构层间剪力和位移分布,各层USD均能够进入塑性阶段,提高了耗能的效率和能力,更有效地降低了结构位移响应和残余变形。

关键词: 外挂墙板, U型耗能器, 摇摆墙, 动力时程分析, 抗震性能

Abstract: As a high-performance envelope component, precast concrete cladding panels are widely used in assembled buildings. To use the relative deformation between the cladding panels and the main structure, the steel bar and U-shaped damper (USD) connection methods are adopted at the top and the bottom of the cladding panels respectively to form an RC frame with damping cladding panels (F-USD). Furthermore, a damage-controlling RC frame with damping cladding panels (F-USDRW) is proposed through setting rocking walls in the F-USD. Based on a calibrated numerical model, a series of dynamic time-history analyses are performed to compare the USD energy dissipation with the structural responses of the frame, F-USD and F-USDRW under major earthquakes. The results show that the proposed cladding panels can achieve a damping target. In the F-USD, the USDs among stories occur with an uneven distribution of energy consumption, and the USDs at certain stories even do not yield. In the F-USDRW, the rocking wall can effectively control the distribution of inter-story shear and displacement, and the USDs at all stories can enter the plastic stage; thus, the energy consumption efficiency is improved and the structural displacement responses and the residual deformations are more effectively reduced.

Key words: cladding panel, U-shaped damper, rocking wall, dynamic time-history analysis, seismic performance

中图分类号: 

  • TU352.1
[1] Losch E D, Hynes P W, Jr R A, et al. State of the art of precast/prestressed concrete sandwich wall panels[J]. PCI Journal, 2011, 56(2):131-176.
[2] 薛伟辰, 王东方. 预制混凝土板、墙体系发展现状[J]. 工业建筑, 2002, 32(12):57-60. Xue Weichen, Wang Dongfang. Progress of precast concrete slab and wall system[J]. Industrial Construction, 2002, 32(12):57-60. (in Chinese)
[3] Crisafulli F J, Restrepo J I. Ductile steel connections for seismic resistant precast buildings[J]. Journal of Earthquake Engineering, 2003, 7(4):541-553.
[4] Wilson J L, Robinson A J, Balendra T. Performance of precast concrete load-bearing panel structures in regions of low to moderate seismicity[J]. Engineering Structures, 2008, 30(7):1831-1841.
[5] GCR Nist 96-681. Literature review on seismic performance of building cladding systems[R]. USA:National Institute of Standards and Technology, United States Department of Commerce, 1995.
[6] Kelly J M, Skinner R I, Heine A J. Mechanisms of energy absorption in special devices for use in earthquake resistant structures[J]. Bulletin of New Zealand National Society for Earthquake Engineering, 1972, 5(3):63-88.
[7] Nigel M J. Preliminary results and construction from the press five-story precast concrete test building[J]. PCI Journal, 1999, 44(6):42-67.
[8] Twigden K M, Henry R S. Experimental response and design of O-connectors for rocking wall systems[J]. Structures, 2015, 3(3):261-271.
[9] 邢书涛, 郭迅. 一种新型软钢阻尼器力学性能和减震效果的研究[J]. 地震工程与工程振动, 2003, 23(6):179-186. Xing Shutao, Guo Xun. Study on mechanical behavior and effectiveness of a new type of mild steel damper[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2003, 23(6):179-186. (in Chinese)
[10] Cohen Julie Mark, Graham H Powell. A design study of an energy-dissipating cladding system[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1993, 22(7):617-632.
[11] Pinelli J, Moor C, Craig J I, et al. Testing of energy dissipating cladding connections[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 1996, 25(2):129-147.
[12] 于敬海, 丁永君, 李久鹏. 设置耗能外挂墙板结构的抗震性能[J]. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 2015, 48(增刊1):122-126. Yu Jinghai, Ding Yongjun, Li Jiupeng. Seismic behavior of structure with energy dissipation external wall panel[J]. Journal of Tianjin University (Science and Technology), 2015,48(Suppl 1):122-126. (in Chinese)
[13] Housener GW. The behavior of inverted pendulum structures during earthquakes[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 1963, 53(2):403-417.
[14] Wada A, Qu Z, Motoyui S, et al. Seismic retrofit of existing SRC frames using rocking walls and steel dampers[J]. Frontiers of Architecture and Civil Engineering in China, 2011, 5(3):259-266.
[15] 曲哲. 摇摆墙-框架结构抗震损伤机制控制及设计方法研究[D]. 北京:清华大学, 2010. Qu Zhe, Study on seismic damage mechanism control and design of rocking wall-frame structures[D]. Beijing:Tsinghua University, 2010. (in Chinese)
[16] Dimopoulos A I, Karavasilis T L, Vasdravellis G, et al. Seismic design, modelling and assessment of self-centering steel frames using post-tensioned connections with web hourglass shape pins[J]. Bulletin of Earthquake Engineering, 2013, 11(5):1797-1816.
[17] Qu Z, Wada A, Motoyui S, et al. Pin-supported walls for enhancing the seismic performance of building structures[J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2012, 41(14):2075-2091.
[18] GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010. GB 50011-2010, Code for seismic design of buildings[S]. Beijing:China Building Industry Press, 2010. (in Chinese)
[1] 李达, 牟在根. 内嵌VV-SPSW平面钢框架结构抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 210-216.
[2] 杨志坚, 韩嘉明, 雷岳强, 赵海龙, 胡嘉飞. 预应力混凝土管桩与承台连接节点抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 248-254.
[3] 张浩, 连鸣, 苏明周, 程倩倩, 关彬林. 含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构静力弹塑性数值分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 78-85.
[4] 邓明科, 马福栋, 叶旺, 殷鹏飞. 局部采用高延性混凝土装配式框架梁-柱节点抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(9): 68-78.
[5] 赵宪忠, 戴柳丝, 黄兆祺, 任重. 钢货架结构研究现状与关键技术[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 1-15.
[6] 袁辉辉, 吴庆雄, 陈宝春, 蔡慧雄. 平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(7): 67-78.
[7] 侯立群, 闫维明, 陈适才, 陆新征. 内置角钢改进夹心节点抗震性能研究与抗剪承载力计算[J]. 工程力学, 2019, 36(7): 79-88.
[8] 邓明科, 董志芳, 杨铄, 王露, 周铁钢. 高延性混凝土加固震损砌体结构振动台试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(7): 116-125.
[9] 王宇航, 刘元九, 周绪红. 腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 49-59,69.
[10] 杨参天, 解琳琳, 李爱群, 陈越. 足尺空腔式RC框架柱抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 60-69.
[11] 曹胜涛, 李志山, 刘博. 基于显式摩擦摆单元的大规模复杂连体结构非线性时程分析[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 128-137.
[12] 牟犇, 王君昌, 崔瑶, 庞力艺, 松尾真太朗. 一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 164-174.
[13] 曾磊, 谢炜, 郑山锁, 陈熠光, 任雯婷. T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 157-165.
[14] 种迅, 张蓝方, 万金亮, 王德才, 叶献国, 解琳琳, 邵徽斌. 两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 176-183.
[15] 李腾飞, 苏明周, 隋龑, 马磊, 韩丹. 高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 100-108,124.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 周小平;杨海清;张永兴. 有限宽偏心裂纹板在裂纹面受两对集中拉力作用时裂纹线的弹塑性解析解[J]. 工程力学, 2008, 25(1): 0 -027 .
[2] 张冬娟;崔振山;李玉强;阮雪榆. 平面应变板料拉弯成形回弹理论分析[J]. 工程力学, 2007, 24(7): 0 -071 .
[3] 张伯艳;陈厚群. LDDA动接触力的迭代算法[J]. 工程力学, 2007, 24(6): 0 -006 .
[4] 陈有亮;邵伟;周有成. 水饱和混凝土单轴压缩弹塑性损伤本构模型[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 59 -063, .
[5] 吴方伯;黄海林;陈伟;周绪红;. 肋上开孔对预制预应力混凝土带肋薄板施工阶段挠度计算方法的影响研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 64 -071 .
[6] 李宗利;杜守来. 高渗透孔隙水压对混凝土力学性能的影响试验研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 72 -077 .
[7] 王坤;谢康和;李传勋;童磊. 特殊条件下考虑起始比降的双层地基一维固结解析解[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 78 -082 .
[8] 姜亚洲;任青文;吴晶;杜小凯. 基于双重非线性的混凝土坝极限承载力研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 83 -088 .
[9] 吴明;彭建兵;徐平;孙苗苗;夏唐代. 考虑土拱效应的挡墙后土压力研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 89 -095 .
[10] 陆本燕;刘伯权;邢国华;吴涛. 桥梁结构基于性能的抗震设防目标与性能指标研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 96 -103, .
X

近日,本刊多次接到来电,称有不法网站冒充《工程力学》杂志官网,并向投稿人收取高额费用。在此,我们郑重申明:

1.《工程力学》官方网站是本刊唯一的投稿渠道(原网站已停用),《工程力学》所有刊载论文必须经本刊官方网站的在线投稿审稿系统完成评审。我们不接受邮件投稿,也不通过任何中介或编辑收费组稿。

2.《工程力学》在稿件符合投稿条件并接收后会发出接收通知,请作者在接到版面费或审稿费通知时,仔细检查收款人是否为“《工程力学》杂志社”,千万不要汇款给任何的个人账号。请广大读者、作者相互转告,广为宣传!如有疑问,请来电咨询:010-62788648。

感谢大家多年来对《工程力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我们!

《工程力学》杂志社

2018年11月15日