装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙抗震性能研究

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为了在保证钢板剪力墙抗剪承载力和抗震耗能性能的基础上,减小拉力带对框架柱产生的附加弯矩作用,从而降低钢框架柱的截面,节约材料的成本,并且提高钢板剪力墙构件在工程中的实用性,本文提出一种装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(Prefabricated partially connected arc-shaped opening anti-buckling steel plate shear wall,PPAASW),其构造形式为,钢板只在四个角部区域通过高强螺栓与周边框架相连接,在钢板的每个侧边分别设置弧形开口,并且在内嵌钢板的两边分别设置防屈曲的预制钢筋混凝土板。本文在装配式部分连接开弧形口钢板剪力墙(Prefabricated partially connected arc-shaped opening steel plate shear wall,PPASW)的基础上,主要围绕装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(PPAASW)的静力抗剪性能和抗震耗能性能展开研究,具体包括以下内容:1、装配式部分连接开弧形口钢板剪力墙(PPASW)的性能研究。以装配式部分连接开弧形口钢板剪力墙(PPASW)为研究对象,对其在单调加载和往复加载作用下进行了全过程受力分析,研究了钢板在加载过程中的受力情况以及面外变形情况。结果表明,在水平荷载作用下,钢板会产生较大面外变形,其最大面外变形一般发生在钢板斜对角(与框架柱成45o)处和斜对角两侧位置,并且钢板从初期的“平面内剪切机制”为主逐渐发展为“拉力带承载机制”为主。通过考虑弧形高度、钢板厚度及高跨比等,分析了影响部分连接开弧形口钢板剪力墙耗能和承载性能的参数变化规律。结果表明,当弧形口高度在极限值310mm范围内,钢板的弧形口高度对结构性能影响较小,而钢板的高厚比和跨高比对结构承载力和耗能的影响显著。2、装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(PPAASW)的静力抗剪性能分析。在装配式部分连接开弧形口钢板剪力墙(PPASW)的基础上,在钢板两边分别设置混凝土板,得到装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(PPAASW)。通过对试件进行有限元模拟分析,表明装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(PPAASW)两侧的混凝土板可以有效减小中间钢板的面外变形,显著提高构件的抗剪承载力。通过考虑弧形口高度、钢板厚度、钢板高跨比、混凝土板厚度、螺栓个数以及混凝土板和钢板之间的空隙等参数,分析了装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(PPAASW)的抗剪承载力随上述参数的变化规律。研究表明钢板高厚比、钢板跨高比以及混凝土板厚度对构件抗剪承载力影响较大,而当钢板弧形开口高度取极限值310mm时,只在弹塑性受力阶段对试件的抗剪承载力影响较大,所以在实际工程中为提高结构的安全储备,内嵌钢板的弧形开口高度应小于其极限高度。3、装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(PPAASW)的滞回耗能性能分析。对比了开弧形口和不开弧形口部分连接防屈曲钢板剪力墙的滞回性能、钢板受力情况和面外变形过程。结果表明,二者不仅各类耗能指标曲线吻合性较好,而且钢板发生塑性变形的区域和面积也较符合。对比开弧形口防屈曲钢板剪力墙和普通薄钢板剪力墙的滞回性能、钢板受力情况和面外变形过程,发现防屈曲混凝土板不仅能显著提高构件的滞回性能和承载力,而且能有效的抑制钢板平面外变形,使钢板在加载过程中主要以整体受力的方式承担水平荷载。论文探究了影响装配式部分连接开弧形口防屈曲钢板剪力墙(PPAASW)耗能性能的重要结构参数,结果表明钢板的高厚比、跨高比以及螺栓个数对构件的耗能性能和承载力影响均较大。混凝土板厚度对构件的承载力影响较小,而对其耗能性能影响较大。当混凝土板厚度为30mm和60mm时,构件的滞回曲线捏缩还较明显,随着板厚度的增加,当混凝土板厚度为100mm和150mm时,构件滞回曲线的饱满度较高,“捏缩效应”几乎消失,所以当采用本文中的框架和内嵌钢板时,建议混凝土板厚度大于100mm。
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