防屈曲开斜槽耗能钢板剪力墙的性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YANYUGUOHOU
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抗侧耗能构件的选取在高层钢结构设计中具有重要的地位。本文提出了一种新型的高层抗侧耗能构件-防屈曲开斜槽耗能钢板剪力墙:通过在钢板上开设一定数量斜槽,并在钢板两侧布置混凝土板,两混凝土板通过分布在斜槽上的螺栓紧密连接以约束开斜槽钢板的面外变形,从而使各斜杆通过拉压耗能,承载机制明确,并且方便参数化设计。论文主要完成了以下内容:(1)根据开斜槽钢板剪力墙的承载机制,理论推导了其抗剪承载力和抗侧刚度公式以及各斜杆屈服顺序,并且通过有限元分析方法进行了验证。采用ANSYS有限元软件,在初步确定开斜槽钢板剪力墙构造形式的基础上,研究了开斜槽钢板、边柱的内力分布和发展过程,并与普通薄钢板剪力墙进行了对比分析,发现开斜槽钢板剪力墙基本能够按照预定的模式承载,并且有限元结果与理论分析结果基本能够吻合。(2)探讨了钢板跨高比、高厚比、边柱刚度等对开斜槽钢板剪力墙抗剪性能的影响,结果发现:剪力墙的抗剪承载力和抗侧刚度与跨高比成线性关系,并随着高厚比的增大明显降低,且高厚比越大,与理论值越相符。边柱刚度对开斜槽钢板剪力墙抗剪性能的发挥非常重要。同时通过对开斜槽钢板表面参数(斜槽宽度、斜杆宽度、斜槽数量)的分析,证明了开斜槽钢板剪力墙通过改变这些参数进行设计的可行性。(3)建立开斜槽钢板剪力墙的分析模型,考虑板件间的相互作用,分析开斜槽钢板与混凝土板间隙、混凝土板厚度、连接螺栓布置、混凝土强度、板件间的摩擦作用等对开斜槽钢板剪力墙反向水平剪力作用下(此时斜杆受压)承载力和滞回性能的影响,通过大量的参数分析表明:开斜槽钢板与混凝土板的间隙应尽量取小,在一定厚度范围内的混凝土板能有效约束斜杆屈曲,连接螺栓的布置也对斜杆的屈曲限制由很大的影响,并给出了相应的设计建议。(4)基于开斜槽钢板抗剪承载力设计了一个10层3跨的钢框架-开斜槽钢板剪力墙结构体系,采用简化单元建立OpenSees分析模型。采用静力弹塑性和动力时程的方法分析了结构的性能和在地震作用下的反应,分析表明:剪力墙承担了大部分的剪力,且最早进入屈服耗能,与周边框架协同工作,整体结构延性较好。
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