钢框架内嵌角部缺口AAC砌体填充墙力学性能的有限元研究

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钢框架内嵌蒸压轻质加气混凝土(AAC)砌体填充墙是一种常见的填充墙做法。然而,填充墙会与钢框架一起受力,当层间位移达到一定程度时,填充墙易损坏开裂。基于在填充墙的角部设置缺口可弱化拉(压)力带的原理,采用ABAQUS软件建立了纯钢框架、无缺口AAC砌体填充墙钢框架以及带不同尺寸圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架的有限元模型,对其进行了低周反复荷载作用下的模拟分析,研究了填充墙设置圆弧缺口构造对钢框架承载能力、延性、刚度退化等的影响,并确定了圆弧缺口尺寸的最优取值范围;对模型进行了单向水平荷载作用下的数值模拟分析,研究了圆弧缺口尺寸、填充墙与钢框架间的摩擦系数、高跨比三个变量对角部带圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架结构受力性能的影响,分析了不同变量对AAC砌体填充墙参与结构受力程度的影响,并确定了不同变量的取值范围,为实际工程奠定了一定的理论基础。(1)为了研究填充墙角部设置圆弧缺口构造对钢框架滞回性能的影响,设计了39个试件,即1个纯钢框架试件、1个无缺口AAC砌体填充墙钢框架试件、37个带不同尺寸圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架试件,对其进行了低周反复荷载作用下的模拟分析。研究发现,填充墙角部设置的圆弧缺口构造可以削弱AAC砌体填充墙对钢框架承载能力的贡献,有效地延缓墙体破坏,降低墙体对钢框架的附加刚度,延缓AAC砌体填充墙钢框架的刚度退化速率;填充墙角部设置的圆弧缺口构造还能改变AAC砌体填充墙的破坏模式。根据有限元分析结果,建议圆弧缺口的半径l为AAC砌体填充墙高度的(1/7~1/10)倍。(2)为了研究圆弧缺口尺寸、填充墙与钢框架间的摩擦系数、高跨比三个变量对角部带圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架受力性能的影响,设计了3个系列共42个试件,对其进行了单向水平荷载作用下的模拟分析。结果表明,填充墙的存在增强了钢框架的承载能力,而角部带缺口构造削弱了填充墙对钢框架承载能力的参与,且削弱力度随着圆弧缺口尺寸的增大而逐渐增强。圆弧缺口尺寸、填充墙与钢框架间的摩擦系数、高跨比对角部带圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架结构的承载能力、初始刚度、塑性变形性能的影响较大。角部带圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架结构的承载能力、初始刚度均随着圆弧缺口尺寸的增大、摩擦系数的减小、高跨比的减小而减小。摩擦系数越大,填充墙对钢框架的刚度效应随之越大,传递到填充墙的力也随之增大,填充墙较早进入弹塑性阶段而提前破坏;摩擦系数宜在0.3~0.4之间。高跨比过小,填充墙的破坏速度加快,发生脆性破坏的可能性增加,实际工程中应尽量避免进行高跨比过小的设计。
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