干砌摩擦型填充墙框架结构耗能减振研究.pdf

abstract - iii - abstract with the acceleration of the urbanization process in china, low-rise residential structures were widely built, how to improve the seismic performance of such houses was related to the peoples livelihood. however, most of the energy dissipation in traditional structures was accompanied by the damage of both reinforcement concrete frame (rc frame for short) and masonry panel such as crushing of bricks or cracking of concrete elements and masonry with the corresponding reduction in the stiffness and structural integrity. a common way to improve the seismic behavior of structure was adding other materials and/or damper with structure, which was too expensive to be widely used. therefore, improving the energy dissipation in the elastic stage of the frame is more important to increase the seismic behavior of structure. the following contents were researched in this thesis: (1) a new type of dry-stack panel in-filled reinforcement concrete frame was built and the corresponding theory was put forward. considering the confined effect of the frame and the high ductility, low stiffness of the dry-stack masonry, the dry-stack in-filled panel can be considered as an additional damper. the mechanism of the combined structure was researched. results show that the mechanism is closely related to the contact state of the in-filled panel and the rc frame, the lateral capability and energy dissipation of the dry-stack in-filled panel was studied respectively. before the contact of rc frame and in-filled panel at the top, the normal stress only result from the gravity of panel, therefore the friction keep small and constant value; after the contact, the normal stress increased then the friction increased. the formula of lateral capability was suggested and additional damper ratio was calculated according to the conventional friction damping theory. the development of series of mechanical formula made the dry-stack in-filled frame structure can be designed and applied easily. (2) the axial-compression and shear-compression behavior of dry-stack masonry were researched by experiment and verified by finite element model. firstly, the blocks were considered as elastic material and the series model was chosen to research on elastic modulus of the dry-stack masonry. the corresponding formula was suggested and further parametrical analysis was done. to verify the elastic modulus formula, a series of compression tests, both dry-stack prism and traditional masonry prism, were finished. the formula was 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 - iv - proved to be reasonable; finally a series of shear-compression tests under different compression stress were carried on 36 specimens. the interface element and plane stress element were chosen for correspond finite element analysis. results show that the compression stress of dry-stack masonry prism is lower than the one of traditional masonry prism; the elastic modulus of dry-stack prism demonstrate significant segmentations; the coulomb friction law is adequate to represent the failure of mortar-less joints under moderate stress levels. (3) a series of cyclic tests on frame was designed; the influence of different infill to rc frame was researched. the initial gap between panel and rc frame was considered during the design, a travel history was confirmed by chinese seismic design code. the load-displacement curves of different infill schemes were achieved. based on the hysteretic loops, envelopment curves were achieved and the degradation of structural stiffness were researched; after analyzed on the hysteretic loop of dry-stack in-filled panel, the energy dissipation behaviors such as equivalent viscous damper ratio and energy dissipation value were researched. the additional stiffness of the dry-stack panel to the rc frame keep lower and it can provide considerable energy dissipation capacity when rc frame work in elastic stage. (4) finite element analysis was carried on the dry-stack in-filled rc frame in the test, the numerical results were in good agreement with the experimental results. further parametric analysis were carried based on the confirmed finite element model. according to the simulation, the varies of stress inside the panel and the failure mode were researched. results of parametric analysis using this model were in good agreement with the theoretical results calculated by the formula put forward in chapter 2. results show: the initial gap element can effectively reflect the gradual contact between the rc frame and in-fill panels; the limit load analysis with the finite element model indicat that good ductility and adequate security reserves can be achieved for the experimental structure; (5) the dry-stack in-filled panel was designed as frictional damper to be applied in the whole structure. firstly, a simplify method was suggested and corresponding analysis was carried; then, a frame structure in the engineering practice was chosen for global analysis. both dry-stack in-filled panel and traditional panel were used for the rc frame. the influence of seismic waveforms, the different layers of structure and different panel layout schemes to the dynamic performance of structure were researched. the results show that dry-stack in-filled panel can be reasonably simplified as a friction damper, and can be simulated by ansys software; compared with the traditional panel, dry-stack in-filled panel abstract - v - has almost no additional shear and axial force, and show a certain degree of energy dissipation effects which indicate that it is worth to be widely used in engineering. the in-fill panel layout schemes have significant impact on the effect of vibration contral and suggested to be arranged at the floors with larger story drift. keywords dry-stacked masonry panel, reinforcement concrete frame structure, strengthening stiffness, energy dissipation, frictional damper, vibration control 目 录 - i - 目 录 摘 要 . i abstract iii 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题研究的目的及意义. 1 1.1.1 课题来源 . 1 1.1.2 研究背景及意义 1 1.2 填充墙框架结构研究现状 . 2 1.2.1 填充墙框架研究现状 . 3 1.2.2 干砌砌体研究现状 5 1.2.3 框架耗能减振研究现状 . 7 1.2.4 填充墙框架力学模型研究现状 8 1.3 本文主要研究内容 13 第 2 章 干砌填充墙框架理论分析 . 16 2.1 引言 . 16 2.2 干砌填充墙框架受力机理 . 17 2.2.1 结构分析 . 17 2.2.2 受力机理 . 18 2.3 等效摩擦力分析 . 20 2.3.1 摩擦恒定阶段 21 2.3.2 摩擦加强阶段 21 2.3.3 摩擦稳定阶段 24 2.4 耗能能力分析 . 24 2.5 本章小结 26 第 3 章 干砌砌体力学性能研究 28 3.1 引言 . 28 3.2 干砌砌体轴压特性 28 3.2.1 弹性模量分析 29 3.2.2 轴压试验 . 31 3.3 干砌砌体剪压特性 34 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 - ii - 3.3.1 试验介绍及加载 35 3.3.2 试验结果及分析 37 3.4 材性试验数值仿真 39 3.4.1 单元选取及参数确定 . 39 3.4.2 数值仿真 . 40 3.5 本章小结 41 第 4 章 干砌填充墙框架拟静力试验研究 . 43 4.1 引言 . 43 4.2 试验设计及准备 . 43 4.2.1 试件设计及准备 44 4.2.2 加载及测试 46 4.2.3 传统材性试验 49 4.2.4 测试内容及方案 53 4.3 试验过程及现象 . 54 4.4 试验结果及分析 . 56 4.4.1 滞回特性 . 56 4.4.2 刚度退化 . 57 4.4.3 钢筋应变 . 59 4.4.4 耗能性能 . 60 4.4.5 受力机理 . 62 4.5 填充墙耗能元件的分析. 63 4.5.1 滞回曲线 . 63 4.5.2 抗侧力曲线 67 4.5.3 附加等效粘滞阻尼比 . 70 4.6 本章小结 71 第 5 章 有限元仿真及参数分析 73 5.1 引言 . 73 5.2 建模策略研究及实现 73 5.2.1 初始缝隙单元的引入 . 75 5.2.2 算例验证 . 76 5.3 拟静力试验有限元分析. 78 5.3.1 填充墙框架单调加载分析 . 80 5.3.2 填充墙滞回曲线分析 . 84 目 录 - iii - 5.4 参数分析 85 5.4.1 摩擦力恒定阶段 85 5.4.2 摩擦力加强阶段 90 5.5 本章小结 93 第 6 章 干砌填充墙框架整体性能研究 . 94 6.1 引言 . 94 6.2 有限元建模策略及算例分析 . 95 6.2.1 填充墙阻尼特性简化设计及有限元实现 95 6.2.2 算例分析 . 96 6.3 模型选取及建立 . 98 6.3.1 工程介绍 . 98 6.3.2 模型建立及工况设计 . 98 6.4 加载波形的影响 101 6.4.1 位移响应 102 6.4.2 水平加速度响应 . 105 6.4.3 基底剪力及轴力响应 106 6.5 结构楼层的影响 107 6.5.1 位移响应 108 6.5.2 水平加速度响应 . 111 6.5.3 基底剪力及轴力响应 112 6.6 填充墙布置方案的影响 113 6.6.1 位移响应 114 6.6.2 水平加速度响应 . 118 6.6.3 基底剪力及轴力响应 118 6.6.4 最大应力响应 . 120 6.7 本章小结 . 121 结 论 . 123 参考文献 . 126 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 135 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 136 致 谢 . 137 个人简历 . 139 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 - iv - contents abstract (in chinese) . i abstract (in english) iii chapter 1 introduction 1 1.1 objective and significance of the subject 1 1.1.1 fundamental assumptions.1 1.1.2 background and significance of the subject 1 1.2 research state of the in-filled reinforcement concrete frame structures 2 1.2.1 in-filled reinforcement concrete frame .3 1.2.2 in-filled masonry panels .5 1.2.3 energy dissipation based vibration control of frame .7 1.2.4 mechanical mechanism of in-filled reinforcement concrete frame .8 1.3 main research contents of this dissetation . 13 chapter 2 theoretical analysis of dry-stacked in-filled frames. 16 2.1 introduction 16 2.2 mechanism of the dry-stack in-filled frame . 17 2.2.1 structral analysis 17 2.2.2 bearing mechanism 18 2.3 equivalent friction analysis . 20 2.3.1 constant friction stage . 21 2.3.2 strengthen friction stage . 21 2.3.3 stable friction stage 24 2.4 capability of energy dissipation 24 2.5 brief summary 26 chapter 3 mechanical properties of mortar-less masonry 28 3.1 introduction 28 3.2 axial compression behaviour of mortar-less masonry 28 3.2.1 elastic modulus analysis 29 3.2.2 axial compression test . 31 3.3 shear-compression behaviour of mortar-less masonry . 34 3.3.1 introduction of test . 35 3.3.2 experimental results and analysis . 37 3.4 numerical analysis of test . 39 3.4.1 element selection and parameter determination 39 3.4.2 numerical analysis . 40 contents - v - 3.5 brief summary 41 chapter 4 quasi-static experiment on dry-stack infilled rc frame 43 4.1 introduction 43 4.2 experimental design and preparation. 43 4.2.1 design and preparation of speciments. 44 4.2.2 loading and tests . 46 4.2.3 traditional material test . 49 4.2.4 data acquisition system 53 4.3 experimental progress and phenomena 54 4.4 experimental results and analysis 56 4.4.1 hysteretic behaviour 56 4.4.2 stiffness degradation 57 4.4.3 strain of reinforcement 59 4.4.4 energy dissipation 60 4.4.5 mechanical mechanism 62 4.5 analysis on mortar-less infill panel . 63 4.5.1 hysteretic loop . 63 4.5.2 lateral capability curve 67 4.4.3 additional equivalent viscous damping ratio 70 4.6 brief summary 71 chapter 5 finite element analysis and parameter analysis . 73 5.1 introduction 73 5.2 strategy of modelling 73 5.2.1 introduction of initial gap element 75 5.2.2 analytical case . 76 5.3 finite element analysis on experiment . 78 5.3.1 monotonic loading curve of infill panel 80 5.3.2 hysteretic loop of infill panel . 84 5.4 parameter analysis 85 5.4.1 constant frcition stage . 85 5.4.2 strengthen friction stage. 90 5.5 brief summary 93 chapter 6 global behaviour of mortar-less masonry infilled rc frame structure . 94 6.1 introduction 94 6.2 strategy of modelling and verification . 95 6.2.1 simplified design of dry-stack infill panel and verification . 95 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 - vi - 6.2.2 analytical case . 96 6.3 selection and building of model 98 6.3.1 introduciton of practical structure 98 6.3.2 model building and case design 98 6.4 influence of earthquake spectrum 101 6.4.1 displacement response . 102 6.4.2 horizontal acceleration response 105 6.4.3 base shear and axial force response 106 6.5 influence of floors 107 6.5.1 displacement response . 108 6.5.2 horizontal acceleration response 111 6.5.3 base shear and axial force response 112 6.6 influence of layout scheme of infill panels 113 6.6.1 displacement response . 114 6.6.2 horizontal acceleration response 118 6.6.3 base shear and axial force response 118 6.6.4 maximum stress response . 120 6.7 brief summary 121 conclusions . 123 references . 126 papers published in the period of ph.d. education 135 statement of copyright and letter of authorization 136 acknowledgement . 137 resume 139 第 1 章 绪 论 - 1 - 第1章 绪 论 1.1 课题研究的目的及意义 1.1.1 课题来源 本课题主要基于国家自然科学基金面上项目 “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”(项目批准号：51178153)，该项目围绕提高填 充墙的耗能贡献开展研究，提出将干砌填充墙作为分布式摩擦耗能器，旨在不 采用附加阻尼的情况下提高结构整体抗震性能。另外，本课题前期准备工作来 源于教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号：ncet-08-0160)中“预制装配式 钢筋混凝土框架节点灾害作用下性能研究” 关于钢筋混凝土框架结构动力性能 分析部分的研究。 1.1.2 研究背景及意义 现代钢筋混凝土结构的出现和推广极大促进了建筑行业的发展。 作为最早 的钢筋混凝土结构形式之一，框架结构一直以来得到了人们的关注和广泛使 用。 该结构形式以其良好的场地适宜性， 低廉的成本价格以及便捷的施工方式， 在世界上无论是非地震区还是抗震设防区都得到了广泛应用， 但受限于整体抗 震性能的不足，该结构形式多用于普通住宅及 10 层以下小高层建筑的结构。 近年来，随着国家对于新农村建设的重视以及我国城市化进程的不断加快，普 通住宅及 10 层以下小高层建筑的需求也越来越旺盛，越来越多的钢筋混凝土 框架结构投入使用，因此有必要加强对该结构类型的研究。 随着地震灾难增多， 人们对广泛使用的钢筋混凝土框架结构的抗震特性开 始重新进行审视和分析。 2008 年我国汶川县发生的里氏 8.0 级大地震使得灾区 建筑结构、交通设施遭受了不同程度的破坏。其中，填充墙框架结构以及砌体 结构破坏尤为严重，且发生大规模倒塌。研究人员在对震区进行调查后发现， 对填充墙在整个结构体系中作用认识不清晰是造成该结构破坏的主要原因。 尽 管在设计时认为墙体仅起到隔离空间的作用，并不承受荷载，但是，实际工程 中填充墙与框架结构之间存在连接， 这使得实际情况中框架与填充墙共同承受 荷载， 不但改变了结构体系的强度以及设计时的刚度分布，发生薄弱层破坏和 扭转破坏，还因为填充墙的约束效应对构件局部约束产生不利影响，发生短柱 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 - 2 - 破坏，使结构严重受损甚至出现倒塌1。 根据国家战略规划， “十二五”期间，城镇化将保持快速发展的势头，而 钢筋混凝土框架结构作为我国城乡住宅建筑的主要结构形式之一， 在经济欠发 达的西部地区有广泛的应用2。因此，提高此类建筑结构的抗震性能是关系到 我国西部城乡建设、改善西部以及全国民生一个基本问题。 传统的填充墙结构的耗能建立在承重构件进入塑性阶段的基础上， 虽然结 构可以设计为大震不倒，仍然无法避免结构本身较大的侧移以及损伤；即使填 充墙没有丧失正常承载能力，墙体(主要是灰缝)出现的裂缝也会使居民产生不 安全感。现有的研究中，对于提高结构抗震性能主要有两种途径：添加其他材 料或者附加阻尼3-6。添加其他材料主要有对砌体进行配筋，利用碳纤维布进 行加固等；附加阻尼主要指安装各种类型阻尼器，比如粘弹性阻尼器、形状记 忆合金等。这些方法都能够比较有效地提高结构的整体耗能性能，但经济成本 比较高。考虑到我国地震大多集中在西部地区，城乡人民生活并不富裕，在该 地区很难广泛采用附加材料或阻尼的方式提高结构耗能。 反观填充墙作为该填 充墙框架结构的重要组成部分，如果能够提高该部分的耗能贡献，对于整体结 构抗震性能的提高具有重要作用。 自上世纪 80 年代起，美洲、非洲以及亚洲的一些研究机构已经开始对一 种新型的砌体结构-干砌砌体(干砌体)展开了研究。 这种结构在砌筑的过程中不 采用砂浆，仅利用砌块之间的摩擦来抵抗面内剪力，利用砌块之间的嵌固来抵 抗面外荷载。研究表明干砌砌块之间的相互摩擦消耗能量，能够显著提高框架 结构整体的抗震性能7。而且，由于该干砌砌块结构在砌筑过程中不采用砂浆 进行粘结，结构的性能不依赖于砂浆的特性以及建筑工人的技术(这两者是造 成传统砌体墙复杂非线性的重要因素)，从而性能更加稳定8。另外，无砂浆 作业提高了工作效率同时降低了建筑过程中对环境的污染， 提高了拆迁过程中 砌块的重复使用率，符合我国近年来提倡的绿色经济的概念。近年来，随着世 界各地建筑市场的蓬勃发展，该结构形式也得到了越来越多的应用。但是，目 前该结构主要应用于砌体结构上， 并没有被当做钢筋混凝土框架的填充墙进行 使用8。本文因此，加强干砌填充墙-框架组合结构的研究，对提高框架结构 抗震性能具有重要理论意义及实用价值。 1.2 填充墙框架结构研究现状 填充墙框架结构属于不同构件的组合结构。对于组合结构的分析，不但要 考虑两者的组合效应，同时还应该研究影响结构主要特性的单个构件的性能； 第 1 章 绪 论 - 3 - 同时， 本文旨在利用填充墙作为摩擦耗能元件对框架进行减振，因此有必要对 已有的框架被动减振策略进行分析。综上所述，当前对填充墙框架结构的研究 主要从以下三个方面开展： (1) 填充墙框架研究现状； (2) 填充墙研究现状； (3) 框架被动减振研究。 1.2.1 填充墙框架研究现状 填充墙对钢筋混凝土框架结构动力特性的影响，一直以来都是争论的焦 点。一方面框架对墙体有约束作用，另一方面，填充墙对框架具有支撑作用， 这种联合作用机理，极大增加了结构早期刚度，从而提高了结构的抗剪性能； 同时刚度的提高使得结构内部刚度分布不均匀，从而产生刚度效应，导致结构 破坏。 chaker9通过将填充墙框架与纯框架做对比，研究了填充墙对结构刚度的 影响，结果表明，填充墙框架结构初始刚度为纯框架的 7 倍；同时，他利用有 限元模型进行分析，对于填充墙分别采用等效压杆、平面应力单元进行模拟， 结果表明，只有采用平面应力有限元单元时能够得到与试验吻合的仿真结果。 negro10-12对于 4 层全尺寸钢筋混凝土框架填充墙结构进行了拟动力试验。试 验后的框架结构基频变为原来的一半，但结构并没发生集中破坏；利用拟动力 试验验证了不同填充形式对结构整体性能的影响， 结果表明填充墙在很大程度 上改变结构的动力特性，同时填充墙布置的不规则会使得框架发生很大的破 坏。他提出，尽管填充墙是非结构构件，在设计的时候，需要考虑它的影响。 pujol 13建立了 3 层全比例钢筋混凝土框架结构，分别对有填充墙及没有填充 墙的情况进行了试验。在没有填充墙的时候，结构在板-柱结合处表现出剪切 破坏；利用实心砌块对该框架砌筑填充墙之后，结构的抗剪强度增加大约 1 倍，水平刚度增加大约 500%。经过 18 周单轴 1.5%层间角的位移加载之后， 结构仍保持水平抗剪能力，结构的刚度和强度都得到提高。 mehrabi14, 15等采用拟静力试验的方法，对 12 个 1/2 比例的 rc 填充墙框 架结构进行研究。结果表明，填充墙能够很大程度上改善钢筋混凝土框架的性 能；同时，相比于弱框架及弱填充墙结构，强框架及强填充墙结构表现出更优 的承载能力以及耗能性能。 同时， 他指出在表现出比较明显的耗能特性的时候， 填充墙以及框架已经出现了大量不可恢复的裂缝，且结构的承载能力开始下 降，这对于结构是不利的。al-chaar16-18对 5 个 1/2 比例的单层钢筋混凝土框 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 - 4 - 架填充墙进行了单向加载试验。 试验分析了框架不同跨数对于结构动力特性的 影响。结果发现，填充墙框架结构初始刚度、抗剪性能以及安全储备都比纯框 架结构有了较大提高；同时，跨数会影响结构的剪力重分布，对结构的破坏模 式有很大影响。 近年来，李国强19等针对钢结构住宅楼板开展了一系列振动台试验，试 验有效地研究了钢框架填充墙的抗震性能，研究结果表明，墙体对于钢框架体 系提供了较大附加刚度。 曹万林20, 21采用拟静力试验研究了 3 个 1/3 比例的轻 质填充墙异型柱框架模型，研究得到了弹性阶段结构的层刚度计算方法。邹昀 22首先研究了 21 个 1/3 比例砖填充墙单框架在面内对角荷载作用下的力学性 能，得到了填充墙框架受力性能的 3 个明显阶段：线性阶段、裂后阶段以及极 限破坏阶段，然后他又对 2 个 1/3 比例的 3 层 3 跨的填充墙框架进行分析，提 出了多层多跨填充墙框架的强度计算公式。分析认为，多层多跨填充墙框架的 强度特性可以利用具有相似性质的单层单跨填充墙框架的强度值来进行估算。 2008 年汶川地震，震碎了千万同胞的心。我国大量专家赶赴灾区，调查 灾区房屋震害情况， 对于填充墙对结构整体抗震能力的影响也展开了深入了研 究。清华大学等高校土木工程结构专家组震后第一时间根据进行了震害调查， 并根据建筑的结构类别、建造年代、地震区估计烈度和使用功能进行了震害状 况统计分析2。他们指出，若能保证施工质量，汶川地震中的框架结构可以实 现预期的中震和大震抗震性能目标。 叶列平等2, 23, 24介绍了汶川地震中结构的 震害情况，着重强调了填充墙对于结构刚度的影响，同时还分析了填充墙等非 结构构件对于强柱弱梁破坏机制的影响。杨伟25, 26通过对灾区进行实地调查 发现，填充墙对结构的约束效应容易引起短柱破坏。他认为对填充墙而言，关 键是要认清其结构功能和设计目标， 可以依据两种不同的结构功能对填充墙进 行设计。一种是明确填充墙不受力，将其与主体结构不连接并设置足够的隔震 措施； 第二种是将填充墙看做结构第一道抗震防线，使其参与到结构的抗震当 中。在设计目标上，他提议将填充墙作为第一道抗震防线的整体设计思想。 以上研究表明， 填充墙与框架相互作用对于结构整体力学性能的影响不容 忽视。在较低的荷载水平下，填充墙框架可以保持为一个整体，共同受力；随 着荷载的增加， 填充墙与框架之间会发生分离， 然后形成受压对角支撑杆体系。 因此，深入认识填充墙对于框架结构的动力性能的影响，克服其不利影响，对 于提高框架结构动力性能具有重要意义。 第 1 章 绪 论 - 5 - 1.2.2 干砌砌体研究现状 当前对干砌砌块之间摩擦力进行的研究多集中在干砌砌体结构上， 并没有 应用到填充墙框架体系中。 lourenco 27-30 利用拟静力试验研究了干砌砌体的面内以及面外动力特 性，试验装置如图 1-1a 所示。研究表明，干砌砌体结构的破坏模式可以看做 是摩尔-库仑摩擦破坏。不过，通过分别对砌块进行摩擦试验以及对结构进行 整体摩擦试验得到的摩擦系数， 发现整体试验中的摩擦系数远小于剪切试验得 到的值30, 31。对于干砌砌体，破坏特征与其受到的压应力密切相关，延性系 数随着压应力的增加而减小。 虽然干砌砌体的延性(层间位移角 2.5%)以及塑性 得到了很大提高，但是随着加载的进行，砌体墙随之摆动，墙体并不能有效地 耗能，典型的力-位移滞回曲线如图 1-1b 所示。 a) 试验装置 a) test setup b) 典型滞回曲线 b) typical hysteretic loop 图 1-1 干砌砌体结构拟静力试验31 fig. 1-1 quasi-static test on dry stack masonry wall31 uzoegbo7, 32 对 hydraform 内嵌式干砌砌体墙进行了研究。 这种砌块主要 依靠砌块之间的摩擦力相互联系，利用嵌固作用保持面外稳定。试验表明试验 表明，干砌砌体墙受压强度大约为有浆砌体墙强度的 35%，干砌块的强度对 于砌体结构抗侧能力影响不大， 抗侧能力主要取决于干砌块之间的相互摩擦力 以及嵌套作用。试验得到了恒定的摩擦系数，同时发现，在墙体破坏之前，干 砌砌体填充墙在面内水平荷载作用下会发生摆动；在面外荷载下，墙体绕中间 高度水平接缝处发生类似塑性铰的转动。 接着 uzoegbo33对干砌填充墙进行了 地震台试验，在该试验中，对比分析了采用钢丝网加固前后干砌砌体填充墙的 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 - 6 - 动力特性。试验表明加固前干砌填充墙结构最大能够抵抗 0.3g 加速度，相当 于里氏 4.3-4.8 级地震；加固后填充墙结构最大抵抗 0.7g 加速度，相当于里氏 7.4 级地震。 a) 结构组合图 a) construct detail b) 受力示意图 b) load transfer in the structure 图 1-2 srb-dup 结构34 fig. 1-2 srb-dup structure 随着对干砌砌体结构研究的不断深入，对于该结构体系的介绍不断增加。 bansal8对 hydraform 干砌砌结构的施工工艺进行了介绍，并且指出，该结构 已经在印度得到了多年的使用，同时结构性能表现良好，另外该砌块的基本抗 压强度满足印度砌体设计规范(is 1905-1987)。他提议对该砌块进行深入研究， 并纳入印度砌体设计规范， 同时指出该嵌固式砌块可以用于框架结构中以提高 结构的经济性以及提高建筑速度。yamaguchi34基于砌块之间的摩擦提出了一 种 新 型 无 粘 结 结 构 ： 基 于 分 布 式 无 粘 结 预 应 力 的 配 筋 砌 块 结 构 (steel-reinforced brick based on distributed unbond prestress theory, srb-dup)，如图 1-2 所示。该结构中，砌块之间没有任何粘结作用，无论是 在面内荷载还是面外荷载作用下，都仅依靠相互之间的摩擦力联系；砌块之间 的摩擦而非塑性变形可以吸收能量，达到减震的效果。这种结构不但可以用作 主要承重结构，还可以起到耗能减震的作用。 zuccarello 35对于光面砌块干砌砌的墙体进行了面外试验研究，分别分析 了底边与单侧边固结、底部与侧边全部固结下，干砌砌体墙在面外作用下的失 效模式及抗侧能力。该墙体采用光面砌块进行砌筑。试验结果表明底边与单侧 边固结情况下，墙体失稳形态为在填充墙对角线位置形成铰链，沿铰链扭转失 效；底部与侧边全部固结情况下，墙体失稳形态为形成空间三角形扭转失效。 已有研究表明干砌填充墙能够表现出良好的摩擦特性，同时，该填充墙在 第 1 章 绪 论 - 7 - 承受面外荷载作用时，失稳形态与传统有浆填充墙相似。但是，应该注意到， 对于干砌填充墙框架结构进行的研究并不多， 而且当前的研究并没有系统地分 析干砌填充墙的耗能机理， 因此有必要对填充墙框架组合结构的整体性能进行 分析。 1.2.3 框架耗能减振研究现状 20 世纪 70 年代， 美国普渡大学 j.t.p.yao 首次提出了结构振动控制的概念， 由此开辟了一个崭新的领域-结构振动控制36。20 世纪 80 年代初，我国王光 远院士首次引入结构振动控制的概念，随后，国内土木工程界对结构隔震、耗 能/吸能减振、结构主被动控制等展开了深入研究，取得了丰富的成果。耗能 减振技术因其良好的减振效果， 构造简单而且价格低廉， 在已在各类新建工程， 建筑抗震加固以及震后修复工程中得到广泛应用。 pall 37等首先设计出摩擦型耗能器并将其用到框架结构中，结果表明，在 严重地震荷载作用下，耗能器消耗大量能量，从而避免了主体结构构件的塑性 屈服。 该耗能器不但可以作为结构阻尼元件，同时可以看作是结构的抗震设防 防线。研究结果表明该类型耗能器在钢框架结构中耗能效果最好。吴斌、欧进 萍38-40等人从几何非线性变形特征出发对 pall 摩擦耗能器进行改进，设计出 构造更为简单的 t 形芯板摩擦耗能器。赵川41等从我国国情出发，基于“低 造价、高性能、易生产、便施工”的指导思想，设计了用于钢筋混凝土框架结 构支撑的钢板-橡胶摩擦耗能器。该耗能器直接参与结构受力，用来代替普通 的钢筋混凝土剪力墙从而减小结构自重，节省材料用量，可以对耗能器中钢板 和橡胶片间的紧固力进行精确控制。 王曙光42等人研究的在钢筋混凝土框架中加入耗能支撑，对双跨四层结 构进行地震台试验。结果表明