圆弧切口钢板剪力墙力学性能的有限元研究

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随着建筑物高度的增加,水平荷载逐渐取代竖向荷载,成为结构设计的主要控制因素,因此,抗侧力构件的选择在高层建筑中尤为重要。20世纪70年代的时候,钢板剪力墙出现,其因具有承载力高、延性好等优点而成为最具有发展前景的高层抗侧力体系之一。  《钢板剪力墙技术规程》(JGJ/T380-2015)规定,钢板剪力墙宜按不承受竖向荷载设计计算,当承受竖向荷载时,应考虑竖向荷载对其抗侧承载力的影响。为了减弱竖向荷载对钢板剪力墙抗侧承载力的影响,本文提出一种圆弧切口钢板剪力墙。目前,对圆弧切口钢板剪力墙力学性能的研究尚未见报道。  本文首先采用有限元软件ABAQUS对5组共17个钢板剪力墙试件进行单调荷载作用下的数值模拟,研究开设圆弧切口对减弱钢板剪力墙抗侧承载力受竖向荷载影响的效果,通过分析开设圆弧切口引起的钢板剪力墙抗侧承载力降低率和竖向荷载引起的抗侧承载力降低率,确定圆弧切口的弧长和弧高的最优取值范围;然后,再采用有限元软件ABAQUS对钢板剪力墙试件进行低周往复荷载作用下的数值模拟,研究圆弧切口钢板剪力墙的滞回性能及耗能能力。  研究结果表明:开设圆弧切口能有效降低竖向荷载对钢板剪力墙抗侧承载力的影响,改善钢板剪力墙的耗能能力;圆弧切口的弧长是影响钢板剪力墙力学性能的主要因素:当弧长过小时,开设圆弧切口不能有效减弱竖向荷载对钢板剪力墙抗侧承载力的影响,滞回曲线“捏拢”现象较为严重;而当弧长过大时,钢板剪力墙的抗侧承载力被严重削弱,耗能能力得不到有效改善;根据有限元分析结果,建议圆弧切口尺寸的取值范围:弧长为内嵌钢板跨度的1/3~1/4,弧高为100mm~150mm。
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