【摘 要】
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双层钢板-混凝土组合剪力墙能够同时发挥混凝土结构抗侧刚度大、钢板延性好的优点,在高层建筑结构中具有良好的应用前景。双层钢板-混凝土组合剪力墙设计和使用的关键在于延缓双层外钢板局部屈曲的发生,以及提高墙角(包括边缘构件和中部墙体墙角)的承载与变形能力。另一方面,已有研究表明,剪力墙墙体加设钢筋或者型钢构成的斜向支撑,对抗侧力性能的提升显著。据此,本文提出一种内置型钢斜撑的双层钢板-混凝土组合剪力墙,
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费(2019MS124)资助项目
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双层钢板-混凝土组合剪力墙能够同时发挥混凝土结构抗侧刚度大、钢板延性好的优点,在高层建筑结构中具有良好的应用前景。双层钢板-混凝土组合剪力墙设计和使用的关键在于延缓双层外钢板局部屈曲的发生,以及提高墙角(包括边缘构件和中部墙体墙角)的承载与变形能力。另一方面,已有研究表明,剪力墙墙体加设钢筋或者型钢构成的斜向支撑,对抗侧力性能的提升显著。据此,本文提出一种内置型钢斜撑的双层钢板-混凝土组合剪力墙,拟通过设置斜向支撑,提高墙体的抗侧力刚度和承载力,改善外钢板局部屈曲性能,从而提高剪力墙的抗震性能。本文采用试验、数值模拟和理论分析结合的方法对内置型钢斜撑的双层钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能进行研究,主要的研究内容和成果如下:(1)对4个内置型钢斜撑双层钢板-混凝土组合剪力墙试件进行了低周往复荷载试验研究,试件的变化参数包括是否加入型钢斜撑,以及斜撑和边缘柱的侧向刚度比例(变化斜撑翼缘宽度)。通过试验研究,得到了各试件的破坏特征、承载力、变形能力、刚度退化和承载力退化规律、滞回耗能能力和应变特点等基本抗震性能。研究结果表明,传统双钢板剪力墙的一部分外钢板优化为斜支撑之后,试件的峰值荷载、极限位移、延性系数均有提高,刚度和承载力退化更慢,耗能能力更强。(2)建立了内置型钢斜撑的双层钢板-混凝土组合剪力墙的有限元建模,对4个组合剪力墙试件和27个补充模型进行有限元数值计算,探究新型组合剪力墙的力传递和变形分布机理。揭示了钢板和混凝土的传力和应变分布规律,墙体各部分破坏的先后顺序和承担荷载的比例,以及轴压比、剪跨比、材料强度和含钢率等对试件承载力和刚度的影响。(3)对新型组合剪力墙,根据线弹性结构体系的叠加原理提出了初始抗侧刚度计算公式,采用全截面塑性法建立了组合剪力墙压弯承载力计算模型,参考现行规范进行抗剪承载力计算。与试验和有限元计算结果的对比表明,理论计算值能够获得比较理想的精度。根据试验现象与理论分析,提出如斜撑翼缘与立面钢板的焊缝的位置等构造的建议,提出了钢板加劲肋距厚比的合理设置值。
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