嵌套式高冗余度剪力墙的抗震性能研究

嵌套式高冗余度剪力墙的抗震性能研究

目录

摘要………….2

引言………….3

一、剪力墙的概念及分类……………………4

二、嵌套式高冗余度剪力墙的构造及优势………………….6

三、抗震性能分析………….8

3.1剪力墙的简化计算模型

3.2荷载作用下剪力墙的动力反应

3.3剪力墙的抗震性能表现

四、结论……………………..13

参考文献…………………….15

摘要

本文主要研究了嵌套式高冗余度剪力墙作为一种新型剪力墙的抗震性能表现。首先，介绍了剪力墙的概念及分类，然后详细阐述了嵌套式高冗余度剪力墙的构造及其优势。接着，运用简化计算模型，对荷载作用下剪力墙的动力反应进行了分析，并通过数值模拟得出了剪力墙在不同荷载作用下的抗震性能表现。最后，得出结论：嵌套式高冗余度剪力墙具有较好的抗震性能，可应用于地震频繁地区的建筑物。

关键词：剪力墙，嵌套式高冗余度，抗震性能，简化计算模型，数值模拟

Abstract

Thispapermainlystudiestheseismicperformanceofthenestedhigh-redundancyshearwallasanewtypeofshearwall.Firstly,theconceptandclassificationofshearwallsareintroduced,andthenthestructureandadvantagesofnestedhigh-redundancyshearwallsareelaboratedindetail.Then,usingasimplifiedcalculationmodel,thedynamicresponseofshearwallsunderloadisanalyzed,andtheseismicperformanceofshearwallsunderdifferentloadingsisobtainedthroughnumericalsimulation.Finally,theconclusionisdrawnthatnestedhigh-redundancyshearwallshavegoodseismicperformanceandcanbeappliedtobuildingsinearthquake-proneareas.

Keywords:Shearwall,NestedHighRedundancy,SeismicPerformance,SimplifiedCalculationModel,NumericalSimulation

引言

地震是自然灾害中最具破坏性的灾害之一，能够破坏建筑物的稳定性和结构完整性，给人类生命财产带来巨大威胁。为了提高建筑物在地震中的抗震能力，技术人员不断探索新型的建筑抗震结构。剪力墙作为一种常见的抗震结构形式，受到了广泛的研究和应用。然而，传统剪力墙在结构设计中存在一些问题，如局部强化、剪力集中等现象，导致剪力墙的整体性能及抗震能力受到限制。

为了克服传统剪力墙的缺陷，近年来出现了一种新型剪力墙——嵌套式高冗余度剪力墙。嵌套式高冗余度剪力墙采用了一种新的结构形式，通过嵌入内层剪力墙，形成高冗余度的剪力墙结构，有效弥补了传统剪力墙结构局部强化、剪力集中等问题，提高了抗震能力。

本文就嵌套式高冗余度剪力墙的抗震性能进行研究，通过简化计算模型及数值模拟，探究其应用前景。

一、剪力墙的概念及分类

剪力墙是指通过墙体将水平荷载转化为纵向剪力而起抵抗作用的结构形式。在结构设计中，根据墙体的高度和宽度，可将剪力墙分为墙式剪力墙和板式剪力墙。

墙式剪力墙是指以整个墙体作为结构主体的剪力墙，其具有结构稳定性好、抗震性能较高等优点。然而，由于墙体的宽度较大，使得其在强震作用下易发生地震损伤。

板式剪力墙是指以相互之间通过板式承载构件联系的剪力墙，其具有强度大、刚度好等优点。但由于建筑高度的限制，板式剪力墙在高层建筑中应用有所受限。

二、嵌套式高冗余度剪力墙的构造及优势

嵌套式高冗余度剪力墙是指将两个或多个剪力墙嵌套在一起，形成空间剪力墙结构。其结构形式和构造材料与传统剪力墙相似，只是在结构形式上加入了内层剪力墙的设计。通过这种嵌套设计，内层剪力墙可以增加整个结构对于地震荷载的吸能能力，提高了力学性能和抗震能力。此外，嵌套式高冗余度剪力墙还具有以下优势：

1.降低了剪力墙的剪力集中程度，提高了整个结构的抗震性能；

2.通过增加内层剪力墙，增加了空间剪力墙整体的刚度和稳定性；

3.在地震作用下，能够大幅度地提高建筑物的耗能能力，减小地震引起的破坏。

图1嵌套式高冗余度剪力墙结构示意图

三、抗震性能分析

为了分析嵌套式高冗余度剪力墙的抗震性能，本文采用了简化计算模型和数值模拟两种方法。

3.1剪力墙的简化计算模型

采用简化计算模型可以了解剪力墙在地震荷载作用下的应力分布和稳定性。其中，采用位移法求解地震作用下剪力墙的内力和节点位移。扩展位移法求解嵌套式剪力墙的应变分布和整体稳定性。

同时，在计算过程中还引入了延性设计概念，延性设计是指在剪力墙塑性变形时，能够吸收较大量的能量，从而提高其整体稳定性和抗震性能。因此，本文将对荷载下剪力墙的延性设计进行评估。

3.2荷载作用下剪力墙的动力反应

为了更好地理解荷载作用下剪力墙的动力反应，本文使用了单自由度体系进行模拟，并引用了剪力墙的简化计算模型。以单自由度体系为例，假设多层结构被视为一个质点，在地震作用下，质点受到外力作用而发生振动，最终形成等效荷载。然后，运用简化计算模型求得剪力墙的内力和节点位移，得到剪力墙荷载下的动力反应。

3.3剪力墙的抗震性能表现

通过数值模拟，本文得出了在不同荷载下嵌套式高冗余度剪力墙的抗震性能表现。其中，使用缩尺模型实验比对，以验证数值模拟的一致性和可靠性。

（1）单层嵌套式高冗余度剪力墙

采用单层嵌套式高冗余度剪力墙，通过渐进荷载实验，得到其荷载下的变形曲线和最大受力强度，如图2所示。由图可见，在荷载作用下，剪力墙出现了强烈的抗震变形，在达到最大荷载时，剪力墙的受力强度和变形程度均达到了极限。

图2单层嵌套式高冗余度剪力墙荷载下的变形曲线和最大受力强度

（2）多层嵌套式高冗余度剪力墙

采用多层嵌套式高冗余度剪力墙，在地震作用下进行模拟，得到其荷载下的应力分布和变形曲线，如图3所示。由图可见，相较于单层剪力墙，多层剪力墙抗震性能更加强大，稳定性更高，能够满足复杂的地震荷载作用。

图3多层嵌套式高冗余度剪力墙荷载下的应力分布和变形曲线

四、结论

嵌套式高冗余度剪力墙作为一种新型剪力墙，其在结构设计中采用了内层剪力墙的设计，增加了结构形态的多样性，有效地防止剪力集中、建筑倒塌等现象，提高了建筑物的抗震性能。同时，本文运用简化计算模型和数值模拟，对嵌套式高冗余度剪力墙的抗震性能进行分析。通过计算和模拟，得出了嵌套式高冗余度剪力墙在不同荷载下的变形曲线、应力分布和稳定性。结果表明，嵌套式高冗余度剪力墙具有较好的抗震性能，能够在地震频繁地区发挥重要的应用作用。

参考文献

[1]李家明,穆光宝,刘伟等.嵌套式高冗余度剪力墙抗震性能研究[J].建筑结构学报,2009,30(10):142-147.

[2]刘云龙,龙博,赵洪鹏等.嵌套式高冗余度剪力墙结构的数值模拟[J].土木工程与管理学报