内嵌冷弯薄壁型钢组合墙体-钢框架结构的抗侧性能研究

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内嵌冷弯薄壁型钢组合墙体-钢框架结构是由钢框架和冷弯薄壁型钢组合墙体通过连接件装配而成的结构,其钢框架梁柱截面宽度与内嵌组合墙体的厚度基本保持一致,具有“室内无外露梁柱”的优点。本文以该结构为研究对象,对其抗侧性能开展研究,主要内容如下:(1)提出了基于ANSYS的有限元模拟方法,对其进行试验验证。在此基础上,建立结构的分析模型,探讨钢框架与内嵌组合墙体间连接件的设置位置及间距等对两者组合效应的影响。结果表明:与已有文献的钢框架及组合墙体的足尺试验结果相比,本文提出的有限元模拟方法所得结果与其吻合较好;由试验、有限元模拟及理论计算所得的钢框架及组合墙体的弹性抗侧刚度误差不大;钢框架与内嵌组合墙体间存在组合放大效应,且当连接件同时设置在框架梁、框架柱与组合墙体交界面时,两者的协同变形程度最大,其组合放大效应亦最大,而连接件的设置间距对两者组合效应的影响并不大。(2)探讨结构抗侧刚度的影响因素,并对钢框架与内嵌组合墙体间的剪力分配规律及抗侧刚度组合效应进行分析,以此拟合出了结构的弹性抗侧刚度模拟值与钢框架及组合墙体弹性抗侧刚度理论计算值之间的关系式。结果表明:减小高宽比、增大厚度、减小框架柱预加轴压力及减小开洞尺寸,结构的抗侧刚度均提高;侧向加载过程中,钢框架承担的剪力逐渐增大,当结构达到弹性及弹塑性层间位移角限值时,内嵌组合墙体及钢框架的剪力分配率与其对应的抗侧刚度比均近似呈线性关系;结构的弹性抗侧刚度约为钢框架及组合墙体单独工作时弹性抗侧刚度之和的1.10~1.30倍;结构的弹性抗侧刚度模拟值近似为钢框架及组合墙体单独工作时的弹性抗侧刚度理论计算值的线性叠加。(3)基于冷弯薄壁型钢组合墙体的弹性简化方法,提出了内嵌冷弯薄壁型钢组合墙体-钢框架结构的弹塑性简化方法,对其适用性进行了验证,以此建立多层平面结构的简化模型,探讨不同侧向加载模式、结构高度及抗震设防烈度等对结构Pushover分析的影响,评估结构的抗震性能。结果表明:基于本文提出的弹塑性简化方法建立的简化模型适用于结构的弹塑性分析;倒三角侧向加载模式下所得的能力曲线及性能点对应的层间位移角均更不利,对类似结构进行Pushover分析时,优先选用倒三角侧向加载模式;结构中三类主要构件的屈服顺序为“墙→梁→柱”,且框架梁柱的屈服均滞后于结构的屈服;工程实践中,在钢框架梁柱截面的宽度与内嵌组合墙体的厚度近似相同且不超过150mm、框架柱截面(矩形钢管)的宽高比约为2/3、层高及柱距分别约为3m及5m的条件下,该结构的适用层数不宜超过8层。
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