單片開(kāi)洞鋼板剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法研究.pdf

1、通過(guò)實(shí)際大震的檢驗(yàn)證明,鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)為現(xiàn)今存在的最優(yōu)抗震耗能結(jié)構(gòu)體系。由于要滿足建筑的使用功能,難免要求在鋼板墻上開(kāi)設(shè)多種樣式的洞口,本文以單片開(kāi)洞薄板墻為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了多種開(kāi)洞薄板墻的受力特性,主要包括以下內(nèi)容:
　　1、對(duì)現(xiàn)存的開(kāi)洞鋼板墻按部位的不同劃分為SW-Ce、SW-Be、SW-Bo、SW-Co四類形式,從開(kāi)洞鋼板墻中有、無(wú)邊緣構(gòu)件的存在入手進(jìn)行分析,通過(guò)兩者的抗剪極限承載力及結(jié)構(gòu)延性確認(rèn)邊緣構(gòu)件存在的必要性。采

2、用經(jīng)典力學(xué)的分析方法對(duì)SW-Ce型鋼板墻的邊緣構(gòu)件受力進(jìn)行求解,得到經(jīng)典解析解后推廣應(yīng)用至其他開(kāi)洞鋼板墻的邊緣構(gòu)件,以此為依據(jù)提供了邊緣構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算的方法。
　　2、采用有限元軟件對(duì)上述四種開(kāi)洞鋼板墻建立精致模型,以準(zhǔn)確模擬不同開(kāi)洞形式下鋼板墻的受力性能,通過(guò)靜力分析提出影響開(kāi)洞鋼板墻受力的主要因素,除普通鋼板墻的影響因素外,主要由洞口水平偏心率(1η)與墻板水平截面開(kāi)洞率(2η)兩個(gè)因素所決定,通過(guò)大量算例證明上述兩因素均與開(kāi)洞

3、鋼板墻的極限承載力與延性呈一定的線性關(guān)系。
　　3、從施工角度分析焊接作用對(duì)開(kāi)洞鋼板墻受力性能的影響,分析了不同的施焊順序造成結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力與變形的不同,得到開(kāi)洞鋼板墻的最佳焊接順序,并提出減小焊接不利影響的施焊工藝;通過(guò)具體算例可知,考慮焊接作用對(duì)結(jié)構(gòu)的抗剪極限承載力降低約5％,且結(jié)構(gòu)的延性有所降低,證明焊接作用對(duì)開(kāi)洞鋼板墻的受力性能是不可忽略的因素;考慮施工過(guò)程中由于鋼板墻幾乎同步或稍微滯后于結(jié)構(gòu)主體施工,結(jié)構(gòu)主體的軸向壓縮導(dǎo)致

4、鋼板墻產(chǎn)生軸向預(yù)壓作用,通過(guò)對(duì)開(kāi)洞鋼板墻最大層壓縮比的分析可知,由施工順序造成鋼板墻承受的軸向預(yù)壓作用等同于初始缺陷產(chǎn)生的影響。
　　4、對(duì)四種開(kāi)洞鋼板墻的受力結(jié)果與相同狀況下的無(wú)洞口鋼板墻進(jìn)行比較可知,由于邊緣構(gòu)件的存在導(dǎo)致開(kāi)洞鋼板墻的抗剪極限承載力高于普通無(wú)洞鋼板墻,且隨邊緣構(gòu)件數(shù)量的增加其承載力也逐步提高,但承載力的提高是以結(jié)構(gòu)的延性降低為代價(jià);無(wú)洞口鋼板墻的延性遠(yuǎn)優(yōu)于相同狀況下的開(kāi)洞鋼板墻,且其塑性強(qiáng)化階段沒(méi)有出現(xiàn)類似開(kāi)洞

5、鋼板墻應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在的明顯下降段。
　　5、為了不降低開(kāi)洞鋼板墻的水平抗剪能力,提出洞口側(cè)面補(bǔ)強(qiáng)鋼板的計(jì)算方法,并通過(guò)大量算例驗(yàn)證采用補(bǔ)強(qiáng)后的開(kāi)洞鋼板墻,其抗剪承載力沒(méi)有降低,為開(kāi)洞鋼板墻計(jì)算模型(USMO模型)的提出做了鋪墊。
　　6、邊緣構(gòu)件在開(kāi)洞鋼板墻中處于重要的地位,直接影響到開(kāi)洞鋼板墻的極限承載力與延性指標(biāo),如邊緣構(gòu)件剛度選取過(guò)大則會(huì)招致過(guò)大的地震力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)延性性能下降,如剛度過(guò)小則不能提供足夠的錨固力以實(shí)現(xiàn)

6、內(nèi)填板拉力帶的形成,故通過(guò)對(duì)開(kāi)洞鋼板墻中的計(jì)算各種參數(shù)進(jìn)行變化,提煉出邊緣構(gòu)件剛度對(duì)結(jié)構(gòu)初始剛度的影響,以觀察邊緣構(gòu)件參與抗側(cè)的份額來(lái)判斷其經(jīng)濟(jì)、合理的剛度范圍,最終確定/I I處于6～8范圍內(nèi)時(shí),為最優(yōu)的邊緣構(gòu)件的剛度比值。c co
　　7、對(duì)現(xiàn)有鋼板墻最佳計(jì)算模型USM進(jìn)行研究分析,考慮開(kāi)洞鋼板墻中邊緣構(gòu)件的存在對(duì)其抗剪極限承載力及延性的影響,并對(duì)USM模型進(jìn)行修正,提出適用于開(kāi)洞鋼板墻的USMO計(jì)算模型,其形式同USM模型,

7、均由剪切作用部分與拉力場(chǎng)部分所組成,不同的是在拉力場(chǎng)部分增設(shè)一壓力桿,以模擬洞口處邊緣構(gòu)件的存在導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力提高而延性下降的問(wèn)題,剪切作用部分由于前述最小安全板厚的補(bǔ)強(qiáng)作用而無(wú)變化。
　　8、通過(guò)對(duì)單片開(kāi)洞鋼板墻的的非線性單級(jí)與多級(jí)滯回分析,發(fā)現(xiàn)由于邊緣構(gòu)件的存在而使開(kāi)洞薄板墻沒(méi)有出現(xiàn)明顯的捏縮現(xiàn)象,變換多種參數(shù)以確定各種因素對(duì)開(kāi)洞鋼板墻受力性能的影響;通過(guò)考察開(kāi)洞鋼板墻的能量耗算系數(shù)、承載力退化系數(shù)等檢驗(yàn)其在往復(fù)荷載作用下的耗

8、能能力及承載力的穩(wěn)定性,最終提出開(kāi)洞鋼板墻的骨架曲線。
　　9、觀察開(kāi)洞鋼板墻滯回分析全過(guò)程,明確提出開(kāi)洞鋼板墻在受力破壞時(shí)存在的兩種不同的形態(tài),并對(duì)此兩種破壞形態(tài)進(jìn)行分析,提出為滿足多道抗震設(shè)防的概念設(shè)計(jì)要求,應(yīng)采用第I類破壞形態(tài)的延性設(shè)計(jì),而應(yīng)避免第II類破壞形態(tài)所帶來(lái)的滯后型延性設(shè)計(jì)。
　　10、總結(jié)開(kāi)洞鋼板墻的基本設(shè)計(jì)流程,對(duì)一12層的單榀開(kāi)洞鋼板墻框架進(jìn)行初步設(shè)計(jì)(SW-Ce型),在滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況下,采用三