单个蝴蝶形钢板剪力墙—自复位钢框架结构体系的试验研究

发布时间：2020-06-06 00:30

【摘要】：单块蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架是一种新型抗侧力结构,由带自复位节点的钢框架和内填单块蝴蝶形钢板剪力墙组成,内填的蝴蝶形钢板剪力墙两侧不与柱连,减少了对柱的附加弯矩,同时采用自复位节点使结构在震后实现了复位。本文采用理论、试验和数值模拟三者结合的方法,分别研究了单块蝴蝶形钢板剪力墙、自复钢框架和单块蝴蝶形钢板剪力-自复位钢框架的受力机理和滞回性能,并进行了参数分析。具体完成了以下工作:(1)提出一种适用于自复位结构的新型蝴蝶形钢板剪力墙,给出蝴蝶形钢板剪力墙简化受力模型,推导了初始抗侧刚度、屈曲后刚度和极限承载力,并通过数值分析验证了公式的有效性。以跨高比和高厚比为主要参数,对不同参数的模型进行了有限元模拟,结果表明:与两边连接钢板剪力墙相比,蝴蝶形钢板剪力墙腰部削弱对刚度和承载力影响不大,但滞回曲线更加捏缩;墙板腰部削弱并未影响拉力带倾斜角;当参数跨高比,板厚分别增大时,初始弹性刚度、屈曲后刚度、承载力、等效粘滞阻尼比均有不同程度增大;蝴蝶形钢板剪力墙能够为自复位结构提供稳定耗能;蝴蝶形形钢板剪力墙破坏模式主要为拉力带受拉破坏。(2)对自复位钢框架受力性能进行了分析,结果表明:自复位钢框架节点脱开后的抗侧刚度主要取决于钢绞线的面积;当钢绞线面积确定时,框架复位效果与蝴蝶形钢板剪力墙的跨高比、高厚比以及竖向荷载有关;相比于内填矩形钢板剪力墙,蝴蝶形钢板剪力墙复位效果更好。(3)通过对单块蝴蝶形钢板剪力墙进的试验研究,结果表明:单块蝴蝶形钢板剪力墙耗能稳定,承载力和初始刚度较大,延性好,滞回曲线捏缩,能够作为耗能器运用于自复位结构。(4)对自复位钢框架、矩形钢板剪力墙-自复位钢框架和单块蝴蝶形钢板剪力-自复位钢框架三个试件进行了试验研究,结果表明:自复位钢框架能够完全复位,节点未出现塑性变形;单块蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架的复位效果优于矩形钢板剪力墙-自复位钢框架,但耗能略低于矩形钢板剪力墙-自复位钢框架试件;试件的受力性能与理论分析一致。(5)通过调节质量缩放系数,ABAQUS显式求解器能够有效模拟蝴蝶形钢板剪力墙试件。为了实现利用简化模型模拟两边连接钢板剪力墙复杂的滞回行为,提出一种适用于杆单元的蝴蝶形钢板剪力墙滞回理论模型,给出了骨架曲线和滞回准则,考虑了墙板受压区的具体贡献。通过修改PERFORM-3D软件中的本构曲线,实现了该模型在有限元软件中的运用。结合试验结果验证了简化滞回模型的准确性。通过连接器单元模拟自复位节点,实现了利用ABAQUS软件模拟蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架试件,对比试验结果,ABAQUS能够有效模拟自复位结构。(6)利用数值模拟分析了蝴蝶形钢板剪力墙的高厚比、跨高比、墙板削弱宽度对蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架复位性能的影响,结果表明随着蝴蝶形钢板剪力墙板厚、跨高比减小,蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架复位效果越好。
【图文】：

图 1.3 试件尺寸及滞回曲线Timler 和 Kulak[8]设计两个足尺的单层单跨薄钢板剪力墙-钢框架试件，并进行了试验研究。结果表明：1）虽然试件中的墙板较薄，其高厚比达到了 407，但钢板剪力墙仍然具有较大的初始抗侧刚度和较好的延性。2）相对于试验结果，拉杆模型预测的试件初始刚度和承载力略低于试验值，主要原因在于拉杆模型未考虑墙板受压区的贡献。Xue 和 Lu[9]首先对两边的钢板剪力墙进行了试验研究，并对比有限元模拟结果，提出了荷载-位移曲线的简化公式，并探讨了对框架梁、柱、节点的连接方式。当采用墙板与柱相连时，拉力带产生的附加弯矩会使柱提前进入塑性，从而导致柱的破坏，而采用两边连接的墙板可以避免对柱子产生较大的弯矩，从而实现多段设防的设计目标，但两边连接钢板剪力墙由于不与柱相连，相比于四边连接钢板剪力墙，承载力和弹性抗侧刚度均有所削弱。此后国际上关于两边连接钢板剪力墙研究不多。Bruneau[10]研究了低屈服点的薄钢板剪力墙作为抗侧力构件的力学性能。研究表明低屈服点钢板剪力墙能够在层间位移角很小的情况进入塑性，耗能效果良好，非常适合现有建筑的加固和改造。

第一章 绪论2）通过数值模拟表明，即使墙板高厚比达到 900，墙板受压区仍然提供了一部分贡献，最少也达到了承载力的 20%以上，此部分的影响不可忽视，拉杆模型并未考虑受压区贡献，，刚度、承载力偏低；3）不同钢材的钢板剪力墙受循坏荷载后的强化性能不同，模拟时应分别考虑，建议 A31008 钢材材料性能采用各向同性强化模型，A36钢材采用组合强化模型；4）通过对试件上应变片的数据，提出了新型拉压杆本构，此本构考虑了墙板受压区对滞回曲线的贡献，与试验结果对比，表明此简化模型能够准确的反映出墙板受压区对滞回环的贡献，杆本构和模拟结果如图 1.7、1.8 所示。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391

【参考文献】

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本文编号：2698848