半剛性鋼框架-組合鋼板剪力墻混合結(jié)構(gòu)的動力特性及抗震有限元分析.pdf

1、抗側(cè)力體系的選擇是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容之一。組合鋼板剪力墻是已經(jīng)被國內(nèi)外眾多試驗證明了的優(yōu)秀抗側(cè)耗能構(gòu)件。相比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻，組合鋼板剪力墻具有延性好、承載力高、抗側(cè)剛度退化不明顯以及承載后期耗能穩(wěn)定的優(yōu)點：與普通非加勁薄鋼板剪力墻相比，克服了因“薄板屈曲后強(qiáng)度”利用帶來的面外屈曲嚴(yán)重、防火性能差、滯回耗能能力不穩(wěn)定、對邊柱穩(wěn)定不利五個缺陷。
　　 國內(nèi)外針對組合鋼板剪力墻的研究取得了大量有意義的成果，但是大多都是

2、針于墻板本身的性能，而其與鋼框架組合性能的研究則不多，基本上處于剛剛起步階段。目前關(guān)于組合墻的研究僅僅局限于結(jié)構(gòu)的靜力分析階段，未曾涉及到結(jié)構(gòu)的動力特性。因此迫切需要對上述兩個方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　 內(nèi)填組合鋼板剪力墻鋼框架(SCSW)結(jié)構(gòu)是一種新型的混合結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，彌補了傳統(tǒng)抗彎框架側(cè)向剛度嚴(yán)重不足的缺點，為采用剛度較低的半剛性節(jié)點提供了可能。半剛性連接鋼框架-組合鋼板剪力墻的滯回性能、傳力機(jī)理以及變形模式完全與剛性框

3、架-組合墻不同，因其涉及問題的復(fù)雜性與多樣性，至今關(guān)于此類問題的研究仍為空白。本文采用有限元法對其進(jìn)行數(shù)值分析，為國家自然科學(xué)基金“新型抗側(cè)力體系-鋼框架混合結(jié)構(gòu)動力特性以及抗震研究”后續(xù)相關(guān)試驗的進(jìn)行提供充足的理論基礎(chǔ)。
　　 采用接觸算法解決了鋼板與混凝土板的相互作用，并對計算結(jié)果進(jìn)行了驗證。作為對照分析，在ANSYS數(shù)值研究平下，建立了單跨兩層半剛性鋼框架-組合鋼板剪力墻和半剛性鋼框架-普通薄鋼板剪力墻的兩組靜力加載模型，

4、對組合鋼板剪力墻框架結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)性能、滯回性能、工作機(jī)理以及組合墻對框架的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析。計算結(jié)果表明：半剛性框架-組合墻結(jié)構(gòu)體系相比半剛性框架-普通薄鋼板墻承載力提高33.6％，彈性抗側(cè)剛度提高42.6%，且能獲得更加穩(wěn)定的滯回耗能能力；相比普通鋼板墻的拉力帶機(jī)制，組合鋼板墻的應(yīng)力響應(yīng)近似于平面應(yīng)力狀態(tài)，鋼板利用率大幅度提高；兩者都能獲得較好的延性性能，且延性系數(shù)都超過了5。
　　 在BASE模型的基礎(chǔ)上，對SCSW結(jié)

5、構(gòu)進(jìn)行了有限元參數(shù)分析。主要考慮了半剛性節(jié)點初始轉(zhuǎn)動剛度、螺栓的排布方式、內(nèi)填鋼板高厚比、砼蓋板數(shù)量、砼蓋板厚度以及內(nèi)填墻與框架的連接強(qiáng)度等6個因素的影響，系統(tǒng)地分析了6個系列15個有限元試件，得出了許多有益的結(jié)論，并提出了抗震設(shè)計對策和建議。
　　 采用模態(tài)理論中的特征值求解方法，對單跨六層大尺寸SCSW模型進(jìn)行動力特性分析。提出了SCSW結(jié)構(gòu)動力分析韻簡化計算方法，并進(jìn)行了驗證。取結(jié)構(gòu)的前三階振型下的動力特性（自振周期、自振

6、頻率）進(jìn)行了研究，并與傳統(tǒng)的鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比。發(fā)現(xiàn)：SCSW結(jié)構(gòu)不再適合“抗震設(shè)計規(guī)范”建議的計算結(jié)構(gòu)自振周期的經(jīng)驗公式，經(jīng)驗公式需進(jìn)行折減。在動力分析BASE模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了參數(shù)分析，主要考慮節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度、框架層數(shù)、內(nèi)填鋼板的厚度以及蓋板質(zhì)量4個影響因素，得出了些有益的
　　 結(jié)論。
　　 半剛性連接的SCSW結(jié)構(gòu)應(yīng)用前景十分廣闊。本文對SCSW混合結(jié)構(gòu)的靜力以及動力特性分析，是對當(dāng)前組合鋼板剪力墻研究的補充