带缝钢板剪力墙抗震性能理论分析与试验研究

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带缝钢板剪力墙具有自重轻、耗能能力强、刚度易调节、变形能力优异和滞回性能稳定等特点,是一种具有良好发展前景的抗侧力构件,尤其适用于高烈度地震地区。但是竖缝的开设在提高墙板耗能能力的同时,削弱了其抗侧刚度和极限承载力。为了使得带缝钢板剪力墙在保证良好耗能能力和延性的同时,还具有较高的初始刚度和极限承载力,本文提出“蝶型”和“梭型”两种不等高开缝形式的带缝钢板剪力墙,对其展开了试验研究和有限元分析,并将结果与传统等高开缝钢板剪力墙进行对比分析,得出相关结论。  本文首先通过ABAQUS有限元软件,对不等高开缝钢板剪力墙进行参数分析。结果表明:采用不等高开缝形式能显著提高带缝钢板剪力墙极限承载力和抗侧刚度,极限承载力的增幅能达到15%以上,而抗侧刚度的增幅能达到40%以上。对比传统等高开缝形式,蝶型开缝改善了墙板延性,梭型开缝对墙板延性影响不大;此外,蝶型开缝墙板加载前期耗能性能优越且加载后期性能下降平缓,而梭型开缝墙板,缝间墙肢宽度越大,它的承载力将越早下降到极限承载力的85%以下,所以这种开缝形式仅适用于缝间墙肢宽度较小的墙板。通过统计和分析大量的有限元计算结果,提出了适用于高宽比为2的墙板的开缝参数建议取值范围。  在有限元分析的基础上,本文又开展了传统均匀开缝钢板剪力墙、蝶型开缝钢板剪力墙和梭型开缝钢板剪力墙的低周往复加载试验,揭示了各试验试件的破坏模式、受力性能和耗能机理,并得到了各试验试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能系数等滞回性能指标。试验结果表明:采用不等高开缝形式的带缝钢板剪力墙能够有效提高墙板的初始刚度和极限承载力,并能很好的保持其耗能性能不降低;蝶型和梭型开缝钢板剪力墙都具有较饱满的的滞回曲线。  本文还考察了不等高开缝钢板剪力墙与钢框架在侧向荷载作用下的协同工作性能,并考察了钢柱轴力对结构滞回性能的影响,分析结果表明:内嵌不等高开缝墙板的结构有着更高的抗侧刚度和极限承载力,且耗能性能并没有太大变化;柱中轴力对带缝钢板剪力墙的受力性能影响较大,随着轴力的增大,内嵌墙板越来越早出现面外屈曲。  最后,本文在以往研究的基础上,将带缝钢板剪力墙的臂式框架简化模型应用到不等高开缝钢板剪力墙中,并将计算结果与ABAQUS板壳模型的计算结果进行对比,验证简化模型的准确性。运用Sap2000软件进行一钢框架-带缝钢板剪力墙结构抗震性能算例分析,验证了不等高开缝钢板剪力墙用作结构抗震构件的可行性。
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