钢框架-两边连接防屈曲钢板剪力墙结构试验研究与力学性能分析

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钢框架-两边连接防屈曲钢板剪力墙结构是一种新型抗侧力结构体系。该结构体系中内填钢板采用两边连接方式,并在两侧自由边设置竖向边缘加劲构件,消除了传统四边连接钢板剪力墙结构在水平力作用下内填钢板屈曲后产生拉力带对框架柱的不利影响。采用对穿螺栓连接双侧纵横密肋作为内填钢板的防屈曲措施,既避免了传统加劲钢板墙加劲肋在焊接过程中热影响区分布不均对内填钢板造成的不利影响,又克服了另一类防屈曲措施混凝土盖板自重较大、容易失效的问题。本文首先对钢框架-两边连接防屈曲钢板剪力墙结构进行了水平低周往复加载试验研究。结果表明:半刚性框架与内填低屈服点钢板具有良好的协同工作性能,结构具有较高的极限承载力、良好的延性及优越的耗能性能。试件呈面内弯剪破坏形式。内填钢板作为“第一道抗震防线”,拉力带充分发展耗散地震能量,外框架作为“第二道抗震防线”,框架梁塑性变形充分,避免框架柱过早破坏,破坏次序合理,符合“多道抗震防线”的抗震设计理念,保证结构在大震作用下具有较高的安全储备。基于试验研究成果,采用有限元分析软件ABAQUS6.12建立了钢框架-两边连接防屈曲钢板剪力墙结构试件的有限元模型,对其在低周往复荷载作用下的抗震性能进行模拟,模拟计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上进行变参数值分析,综合探讨了双侧纵横密肋、边缘加劲构件、内填墙板材料三个参数对结构抗震性能的影响,结果表明:双侧纵横密肋可有效抑制内填钢板的整体屈曲,内填钢板抗侧机制由整体薄板拉力带作用转变为厚板剪切作用,相较于非加劲钢板剪力墙峰值承载力提高约27.7%;设置边缘加劲构件能够对内填钢板提供良好的锚固,起到类似于边柱的作用,促进了内填钢板进入塑性阶段后各区格内拉力带的充分发展,相对于无边缘加劲构件结构,其峰值承载力提高约80.2%;内填墙板材料是影响钢板剪力墙结构抗震性能的重要因素,较高的弹性模量、相对较低的屈服强度是较为理想的内填墙板材料属性,比如BLY160钢材。最后,结合两边连接防屈曲钢板剪力墙结构的受力特点,基于刚度等效原则,建立适合此类结构体系的简化计算模型—“等效交叉支撑”模型,并给出其相关参数的计算方法。选取ABAQUS6.12中的Axial(轴向)连接器来模拟交叉支撑,验证“等效交叉支撑”模型的有效性,结果表明:“等效交叉支撑”模型能够较好的模拟两边连接防屈曲钢板剪力墙结构的抗震性能。
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