PEC柱框架钢梁连接钢板剪力墙抗震性能试验研究

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PEC(Partially Encased Concrete)柱框架结构具有强度高、抗震性能好的优点,属于轻质高强结构体系,钢板剪力墙是一种具有良好延性和耗能性能的抗侧力构件,将PEC柱框架与钢板剪力墙进行组合不仅能够较大的降低整体建筑的自重,而且整体结构体系具有较高的强度、刚度和良好的抗震性能。目前对PEC柱框架和钢板剪力墙的研究都采用四边连接的形式,由于钢板剪力墙较大的变形容易对边缘柱产生较大的内力,从而导致边缘柱提前破坏。因此本文提出将钢板剪力墙与PEC柱框架之间采用两边连接的形式,并对其进行抗震性能研究和分析,从而填补PEC柱框架与钢板剪力墙两边连接形式的研究空白,为实际工程应用提供理论参考。本文研究中的两个框架由PEC柱与H型钢梁组成,钢板剪力墙通过鱼尾板与H型钢框架梁采用高强螺栓连接,PEC柱中的混凝土强度等级为C35,两个试件采用不同厚度的钢板作剪力墙,钢板厚度分别为1.1mm和0.6mm,将试件置于同等轴压比(轴压比为0.3)下进行低周往复加载。试验现象表明:钢板剪力墙优先破坏,其次框架梁屈服,然后PEC柱与型钢梁节点部位的混凝土出现脱落,最后节点区PEC柱型钢外翼缘出现屈曲。钢板剪力墙的破坏首先是钢板上出现凸起的折点,然后折点出现撕裂现象。分析试验数据表明:当钢板厚度从0.6mm增加到1.1mm,屈服荷载提升了4.48%,峰值荷载提升了7.51%,延性系数下降了10.19%,结构的累积耗能增加了5.06%。根据试验中破坏顺序可以看出PEC柱框架与钢板剪力墙之间通过框架梁两边连接的形式,成功避免了框架柱提前破坏,降低了钢板剪力墙对框架柱受力的不利影响。通过理论分析对两边连接钢板剪力墙进行简化计算,进而提出框架柱内力计算公式。依据试验基础,运用有限元软件ABAQUS,对PEC柱框架钢梁两边连接钢板剪力墙试件进行试验模拟。有限元分析过程中结构的屈服顺序和变形特征与试验现象相一致,模拟结果与试验数据的误差在8%以内。通过对试验参数进行有限元拓展分析,设置1.1mm钢板剪力墙的组合结构承载力比同样的纯框架结构承载力提高了21.76%,当钢板剪力墙厚度从1.1mm增加至2mm时,承载力相应的增加了16.01%。添加钢板剪力墙能有效提升结构的承载力。应力云图分析表明,随着钢板剪力墙厚度的增加,框架的最大应力值增大,钢板剪力墙的最大应力值下降。
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