钢板剪力墙和组合剪力墙具有承载力高、延性好、耗能能力强等优点,因此在实际工程中具有广泛的应用前景。对于钢板剪力墙,尽管钢板在水平剪力作用下易产生平面外屈曲,但钢板屈曲后形成了拉力带,使钢板剪力墙能够继续承载,因此仍能保持较高的承载力和良好的延性。组合剪力墙利用混凝土板作为钢板的平面外约束,使钢板尽可能保持平面内工作,从而获得更加稳定的滞回性能,提高钢板的耗能能力。采用理论分析与试验研究相结合的方法,分别对钢板剪力墙和组合剪力墙在往复荷载作用下的滞回性能进行分析,研究两者的受力机理。通过大量参数分析,提出适用于结构体系分析的钢板剪力墙和组合剪力墙的简化分析模型。北京钢材具体完成了以下内容:
(1)完成了钢管混凝土框架、钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系和钢管混凝土框架-组合剪力墙结构体系的试验各一个,系统分析了钢板剪力墙和组合剪力墙对组合框架抗侧刚度、承载力和耗能能力的提高幅度;分析了混凝土板对钢板剪力墙延性、耗能能力和破坏模式的影响。同时,针对组合剪力墙提出一种新型的端部连接构造措施,并用试验结果验证其有效性。研究结果表明:钢板剪力墙和组合剪力墙能有效提高组合框架的抗侧刚度、承载力和耗能能力;混凝土板的存在有效限制了钢板的平面外变形,显著提高了钢板剪力墙的耗能能力。
(2)建立钢板剪力墙的有限元分析模型,分析钢板剪力墙在往复荷载作用下的受力性能。详细分析了钢板高厚比、跨高比对钢板剪力墙力学性能的影响。分析了与剪力墙相连框架柱刚度对钢板剪力墙力学性能的影响。研究结果表明:钢板高厚比是影响钢板剪力墙滞回性能的关键参数之一,高厚比越小,钢板剪力墙的耗能能力越高。框架柱刚度对钢板剪力墙承载力和耗能能力的发挥至关重要,通过分析给出了能够充分发挥钢板剪力墙承载力和耗能能力的最小刚度取值。在大量参数分析的基础上,提出改进型等效拉杆模型,能更为精确模拟不同高厚比的钢板剪力墙在往复荷载作用下的性能;同时针对简化模型,给出了钢板剪力墙的初始刚度修正系数;从理论上推导出钢板剪力墙的抗剪承载力计算公式。
(3)从弹性屈曲的角度给出了能够限制钢板平面外变形的最小混凝土板厚度取值。建立组合剪力墙的有限元分析模型,模型中考虑了钢板和混凝土板之间的相互作用,分析组合剪力墙在往复荷载作用下的受力性能。研究了混凝土板厚度、混凝土板与钢板的间隙、钢板跨高比以及钢板高厚比等参数对组合剪力墙滞回性能的影响。研究结果表明:混凝土板在一定厚度范围内能有效限制钢板的平面外变形,提高钢板剪力墙的耗能能力;对于组合剪力墙,钢板高厚比、跨高比的影响减弱,不同高厚比下组合剪力墙的滞回性能较为接近。在大量参数分析的基础上,提出了适用于结构体系分析的组合剪力墙简化分析模型;通过分析给出了组合剪力墙初始刚度修正系数,给出了组合剪力墙的抗剪承载力计算公式。
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