摘要
随着社会的进步和时代的发展，人们对工程结构抗震设计的要求越来越高。除了满足最基本的安全性之外，能够尽可能的降低社会影响、恢复使用功能及降低后期修复成本成了越来越迫切的要求。联肢剪力墙结构通常作为有效抵抗高层建筑中的横向力作用的系统而被广泛应用。带可更换连梁的联肢剪力墙结构属于可恢复功能防震结构体系中的带可更换构件的结构体系。主要特征为在设计阶段根据连梁的受力特点设置保险丝，通过有意识地削弱部分连梁截面或设置耗能阻尼器的方式，形成薄弱区，在经受地震作用时，利用保险丝进行耗能，将连梁的破坏范围及破坏位置集中于保险丝，在震后对发生破坏的保险丝进行修复或更换，即可快速的恢复正常使用功能。本文提出了三种腹板带不同开孔形状的新型工字型钢-黏弹性阻尼器组合型可更换保险丝，针对该复合型保险丝进行构造设计、理论分析、数值模拟及优化、方案比选，系统提出了带该复合型保险丝的新型可更换连梁基于性能的抗震设计方法。主要研究内容及成果如下： （1）新型复合型可更换保险丝的提出及构造设计。在已有研究的基础上，针对传统工字型钢可更换保险丝的劣势，提出了三种腹板带有不同开孔形状的新型工字型钢阻尼器，提高了材料利用率、降低腹板高度防止了平面外失稳、设置双层腹板增大了承载力。为实现基于性能的设计要求、实现全阶段的耗能，提出了一种由中间钢板、约束钢板及黏弹性材料组成的新型黏弹性阻尼器，并将新型工字型钢阻尼器与黏弹性阻尼器并联而成新型复合型可更换保险丝。小震下主要由黏弹性阻尼器耗能，中震及大震下由二者协同耗能，实现全阶段耗能的目的。 （2）提出新型可更换连梁基于性能的抗震设计方法。从提出新型可更换连梁区别于传统可更换连梁的设计要求出发，确定了本文提出的新型保险丝的关键力学性能指标计算方法，通过内力及变形控制原则确定可更换连梁的布置方案，通过性能控制原则确定可更换保险丝的长度，通过刚度折减及对墙肢提供足够约束控制原则初步确定保险丝关键构造参数，通过强度等效及破坏位置控制原则验算新型可更换连梁保险丝的承载力及对关键构造参数进行修正。基于对传统设计方法的归纳总结，对本文所提出的新型可更换连梁，对设计过程中作部分针对性的等效及简化处理，为基于性能的适用于工程的简化设计提供了一定的理论基础。 （3）新型复合型可更换连梁的数值模拟及优化。利用本文提出的模拟方法对已有的阻尼器进行数值模拟，与试验数据进行对比验证了模拟方法的正确性。利用验证过的模拟方法对本文提出的新型组合型可更换连梁进行数值模拟，结果表明，双层菱形孔工字型钢阻尼器及双层圆形孔工字型钢阻尼器具有相对优越的耗能能力，菱形孔及圆形孔在可恢复功能防震结构领域，可更换连梁跨中特殊的内力条件下，具有突出的优势。新型黏弹性阻尼器的滞回性能稳定，耗能行为良好，应力分布合理，传力路径明确，在小位移下便能开始耗能，体现了速度相关型阻尼器的特性，应用在可恢复功能结构可更换连梁领域，能够发挥其优势，实现在小震下的耗能，提高舒适度，满足设计目标中全阶段耗能的要求。通过ABAQUS的优化模块，对双层菱形孔工字钢保险丝进行了形状优化，优化后的保险丝开孔形状合理，耗能行为良好，满足工程实际加工要求，为阻尼器的形状优化提供了一定的参考意义。 （4）带新型可更换连梁的高层结构抗震性能分析。选取耗能行为较好的双层菱形孔工字型钢—黏弹性组合型可更换连梁作为分析对象，根据提出的新型可更换连梁基于性能设计的抗震设计方法，将一12层钢筋混凝土框架—核心筒整体结构中部分传统连梁有选择性的替换为可更换连梁，并利用有限元分析平台OpenSees分别建立带有传统连梁及新型可更换连梁的整体结构模型，对两个模型进行弹塑性时程分析，通过比较层间位移角等关键指标，对带新型可更换连梁的整体结构抗震性能进行了研究。
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