轻钢组合墙体-钢框架两层混合结构抗震性能研究

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本文采用试验研究和有限元分析相结合的方法对轻钢组合墙体―钢框架混合结构的抗震性能进行研究,并提出轻钢组合墙体―钢框架混合结构上下刚度比的合理设计比值。通过控制上下刚度比,优化结构的抗震性能,具体研究内容如下:(1)对4个足尺冷弯薄壁型钢组合墙体―钢框架混合结构进行了水平低周反复加载试验,考察了上下刚度比对混合结构抗震性能的影响,总结混合结构的破坏模式,对比各试件荷载―位移曲线,并分析上下刚度比对墙体承载力、层间位移角、延性、刚度退化、强度退化和耗能能力的影响。混合结构墙体主要发生轻钢组合墙面板边缘自攻螺钉连接破坏及边柱、中柱在柱顶、柱底位置的屈曲破坏。(2)使用ABAQUS有限元软件模拟轻钢组合墙体―钢框架混合结构试件,轻钢龙骨和OSB面板选择S4R单元进行模拟,钢框架选择C3D8R单元模拟。采用2个串联的连接器模拟OSB面板与轻钢龙骨间的自攻螺钉连接,该模型可以真实地模拟自攻螺钉的本构关系,有效地模拟自攻螺钉螺钉在低周反复荷载下的因孔壁损伤而发生的空载滑移特征。在混合结构有限元模型中使用该类相互作用模拟自攻螺钉,对混合结构施加水平滞回荷载,对比有限元计算结果与试验的破坏特征、滞回曲线和承载力等,均吻合良好,验证了本文有限元分析方法的正确性。(3)采用经过试验数据验证的混合结构有限元分析方法,对不同上下刚度比的混合结构进行参数分析,研究墙体上下刚度比对墙体抗剪承载力的影响规律。在试验研究和有限元变参数分析所得结论的基础上,对轻钢组合墙体―钢框架混合结构上下刚度比设计区间给出建议,提出轻钢组合墙体刚度降低系数用以修正组合墙体的初始刚度设计值。
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