【摘要】：連梁作為剪力墻體系中重要的抗側(cè)力構(gòu)件,起到了第一道防線的作用,多次震害表明,小跨高比連梁極易發(fā)生剪切破壞,這對(duì)連梁的強(qiáng)度及延性來說極為不利,且震后難以修復(fù)。消能連梁可以通過合理設(shè)計(jì),將連梁的變形與耗能集中在耗能部分,震后通過更換耗能部分,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能的快速恢復(fù)。為了提高剪力墻結(jié)構(gòu)的韌性,本文選擇了摩擦阻尼器作為消能連梁的耗能元件,針對(duì)摩擦鋼連梁展開了一系列研究,包括:首先,設(shè)計(jì)了三種不同構(gòu)造形式的連接節(jié)點(diǎn),其中試件1(SJ1)為錨筋構(gòu)造,考慮鋼筋同時(shí)承擔(dān)彎矩和剪力。試件2(SJ2)為角鋼加抗剪板的形式,試件3(SJ3)位錨筋加抗剪板的形式,兩者都采用彎剪分離設(shè)計(jì)思想,驗(yàn)算時(shí)認(rèn)為彎矩全部由錨筋/角鋼承擔(dān)。試驗(yàn)結(jié)果表明,純錨筋構(gòu)造的節(jié)點(diǎn),初始剛度大,連接處損傷均勻,滯回飽滿,轉(zhuǎn)動(dòng)剛度尚可,但后期加載時(shí),錨筋下方混凝土出現(xiàn)局部壓潰的情況,預(yù)埋端板豎向滑移嚴(yán)重,后期豎向剛度不足;角鋼剪切板構(gòu)造的滯回環(huán)較窄,對(duì)墻肢損壞集中,難以修復(fù);錨筋加抗剪板構(gòu)造,損傷擴(kuò)散均勻,傳力充分,且具有較好的轉(zhuǎn)動(dòng)與豎向剛度;純錨筋的驗(yàn)算公式理論值與試驗(yàn)值比較接近;彎剪分離設(shè)計(jì)公式較為保守。其次,對(duì)四種不同的摩擦材料進(jìn)行了循環(huán)往復(fù)試驗(yàn),其中碳鈦合金、銅鐵合金與陶瓷材料的摩擦系數(shù)相近,半金屬(剎車片)材料的摩擦系數(shù)較大,除碳鈦合金外,其余三種材料均表現(xiàn)出溫度相關(guān)性,隨著溫度升高,摩擦系數(shù)有所下降。此外,還對(duì)該種阻尼器構(gòu)造進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計(jì)使用碟形彈簧來控制摩擦面面壓,控制阻尼器的預(yù)緊力松弛,并對(duì)改進(jìn)后的阻尼器進(jìn)行了性能試驗(yàn);改進(jìn)后的構(gòu)造B與構(gòu)造C在低頻加載時(shí)具有穩(wěn)定的力學(xué)性能,滑動(dòng)摩擦力的變化量小于10%,螺栓的預(yù)緊力變化不超過10%,其滯回曲線接近矩形,耗能充分。最后,設(shè)計(jì)了四個(gè)連梁試件進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)研究,其中包括一個(gè)RC連梁與三個(gè)摩擦鋼連梁試件。消能連梁中間的耗能段采用摩擦阻尼器,兩端的非耗能段為工字截面鋼。試驗(yàn)結(jié)果表明,傳統(tǒng)RC連梁在加載前期以彎曲變形為主,梁身出現(xiàn)水平裂縫,隨著加載的進(jìn)行,梁端塑性鉸逐漸出現(xiàn),后期加載基本圍繞塑性鉸展開,墻肢與樓板損傷嚴(yán)重。而摩擦鋼連梁的主要變形與耗能都集中在阻尼器上,其滯回飽滿,耗能能力顯著優(yōu)于傳統(tǒng)RC連梁;摩擦鋼連梁可以有效的控制墻肢損傷,墻肢裂縫最大寬度小于1mm,樓板損傷小于1.2mm,并未發(fā)生樓板損傷集中且嚴(yán)重的情況,且不同形式的樓板對(duì)連梁承載力基本無(wú)貢獻(xiàn)。此外還對(duì)試驗(yàn)過程中的裝配時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì),兩名工人用時(shí)80min,即可完成對(duì)裝配式連梁的全部組裝。本文系統(tǒng)的研究了摩擦連梁的構(gòu)造和設(shè)計(jì)方法,證明該種連梁是一種有效的抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件,可以耗散地震能量,控制結(jié)構(gòu)的損傷,有效提高連梁的可更換性能,結(jié)合裝配式技術(shù),實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的高延性、低損傷、可替換的功能目標(biāo)。
【圖文】：

第一章 緒 論1.1 研究背景實(shí)際震害調(diào)查與國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)研究表明，剪力墻結(jié)構(gòu)在地震作用下，連梁首先開裂屈服，形成塑性鉸耗能，為結(jié)構(gòu)的第一道防線。當(dāng)連梁發(fā)生破壞時(shí)，剪力墻之間的聯(lián)系變?nèi)�，成為兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)件，整體抗側(cè)剛度降低，結(jié)構(gòu)周期變長(zhǎng)，輸入的地震能量變少，避免主體承重結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步破壞。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震性能優(yōu)異，在我國(guó)高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。但實(shí)際震害也表明，連梁并非總是先在梁端形成塑性鉸，2008 年 8.0 級(jí)汶川地震（尹保江 等，2008）、2010 年智利 8.8 級(jí)地震（徐培福 等，，2017），以及2011 年?yáng)|日本 8.9 級(jí)地震（中日聯(lián)合考察團(tuán)，2012）中，很多連梁出現(xiàn)“X”狀裂縫，呈現(xiàn)剪切破壞的形式。剪切破壞與彎曲破壞相比延性低、耗能差，其作為第一道防線的能力大為折扣。同時(shí)，發(fā)生剪切破壞的混凝土構(gòu)件往往難以修復(fù)，造成大量的“站立廢墟”。

(a) 傳統(tǒng)形式提高配箍率 (b) 交叉暗柱形式減小配箍率圖 1- 2 Kwan 等試驗(yàn)體配筋形式（Kwan et al,2002）現(xiàn)行 GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中采納的交叉斜筋是交叉斜撐的簡(jiǎn)化形式。1978 年，G.B.Barney（1980）設(shè)計(jì)了跨高比為 2.5 和 5.0 的試件，對(duì)該種簡(jiǎn)化進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明，2.5 跨高比的試件性能改善更好，且交叉斜撐是否屈曲也會(huì)受到混凝土強(qiáng)度的影響。這種形式的連梁對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度及連梁配箍率都有一定要求，我國(guó)規(guī)范中有對(duì)斜筋的拉筋的構(gòu)造要求，防止屈曲。1985 年，董志仁等（1985）提出在連梁中間開縫，將連梁分為上下兩部分，相當(dāng)于提高了連梁的跨高比，這樣連梁剛度降低，延性有所提高，但是也降低了聯(lián)肢剪力墻的整體性，且增加了連梁的施工難度。隨后曹征良等（曹征良 等，1991）對(duì)這種連梁改進(jìn)為自控連梁，在梁的兩端，沿中線各布置一條水平縫，梁中無(wú)通縫，這部分素混凝土為“連接鍵”，小震下，連梁整體工作，剛度較大，大震下，連接鍵斷裂，連梁分為上下梁部分，以受彎變形為主，可形成四個(gè)塑性
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU391

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