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框剪结构因其结构布置灵活,能够形成较大的空间,剪力墙具有较大的抗侧刚度,弥补了纯框结构当结构高度过大时侧移过大的缺点,这种结构形式应用广泛。框剪结构由于剪力墙与框架相互作用,框架部分与纯框结构相比受力状态差异较大,其强震中的破坏模式目前研究较少,多集中于多道防线的研究。因此,有必要对框剪结构在强震下的破坏模式进行研究。
本文通过对框剪结构的受力机制进行分析,归纳总结影响框剪结构破坏模式的各种因素。针对剪力墙不同布置位置以及不同刚度特征值建立三维有限元模型,对各模型进行强震下的弹塑性动力时程分析,研究剪力墙布置位置及刚度特征值对框剪结构破坏模式的影响。
通过对比分析本文得出以下结论:
①通过分析超大震、大震作用下各楼层剪力分配比例,表明随着地震强度的增加,墙肢破坏程度加剧,框架承担的剪力比例将急剧增长。地震作用力在墙肢与框架部分进行重分布,结构上部楼层框架承担剪力将超过楼层总剪力。因此,在框架剪力墙结构设计时,应关注由于结构塑性发展导致的内力重分布对框架部分承载力的影响。
②剪力墙布置位置差异将影响结构在强震作用下的破坏模式,当墙肢布置使结构抗弯能力较强时,墙肢破坏较为严重。当剪力墙集中布置形成核心筒时,在同等地震强度作用下,简体底部破坏较严重,墙肢先于框架塑性破坏,框架部分破坏程度较轻,能较好实现框架作为第二道防线的多防线抗震理念。当剪力墙布置成联肢剪力墙时,连梁首先发生破坏,随着地震动的持续作用,墙肢底部破坏严重,框架梁两端逐渐形成塑性铰,但框架仍具有一定的承载能力。
③在同等地震作用下,随着刚度特征值的增加,结构体系的破坏程度逐渐加大。当结构刚度特征值较小时,墙肢比例较大,连梁首先出现塑性铰,随着地震动的持续,墙肢底部出现屈服破坏卸力,框架梁端大量出现塑性铰,柱端出铰较少。刚度特征值较小时,当墙肢屈服破坏后墙肢仍具有一定的承载能力;刚度特征值较大时,框架梁端首先出现塑性铰,随着框架的损坏程度加剧墙肢底部发生屈服破坏卸力,框架梁端大量出现塑性铰,进而底层框架柱端出现较多塑性铰,结构接近倒塌状态。
④通过破坏评价指标对框剪结构进行宏观的破坏评估,各评价指标评价结果存在一定的差异但差异较小,评价结果与结构宏观破坏现象较为符合。