钢板剪力墙耗能失效机理与板厚效应

发布时间：2020-08-22 20:43

【摘要】：合理的结构设计可以为结构抗震提供多道防线。有效利用结构构件优势避免劣势至关重要,钢板剪力墙以其优越的耗能性能及良好的延性,应用于抗震要求较高的高层及超高层结构中。其设计核心为较大发挥钢板屈曲后耗能优势,避免钢板屈曲所形成的拉力带对框架柱的影响,使钢板发挥耗能作用,而框架保持线弹性工作。工程中,通过降低钢板厚度、钢板开孔等方法来减小钢板拉力带作用,保证框架不会在钢板拉力带作用下过早屈服。但是,降低钢板厚度,又会导致结构在地震作用下形成较大层间位移角,从而降低了结构的抗震能力。所以,理解钢板厚度对于结构抗震性能和破坏机理的影响是其中的关键。本文建立一系列不同板厚工况进行分析,整理统一规律及不同现象。计算结果表明,不同板厚钢板剪力墙在地震作用下具有共通性的受力演化特征,其失效会经历钢板开始屈服,形成分散性面外屈曲,形成拉力带,框架柱形成塑性铰四个代表性时刻。钢板在开始形成分散性面外屈曲时,滞回曲线便开始出现捏拢现象。通过对等效应力的细致划分以及不同工况对比,解释了钢板分散性屈服是滞回曲线产生捏拢现象的原因。结果同样表明,框架柱所受钢板反力在四个代表性时刻沿柱高分布特征不同,钢板屈曲形成的拉压不对称的力使框架柱产生塑性铰,造成结构失效。在正确理解钢板剪力墙真实受力、耗能机理及失效机理的基础上,本文展开对不同板厚工况特殊现象分析。结果表明,虽然较薄钢板会在较小层间位移下形成拉力带耗散地震能量,但是,此时框架柱会在较小的层间剪力时就发生屈服。同时,虽然厚钢板屈服需要更大的层间位移,但是钢板屈服后,相同层间位移下,厚钢板耗能更多,滞回曲线更为饱满。随着板厚的增加,当板厚增大到一定程度比如本文的SPSW4工况,框架柱顶端受到钢板较大的压力作用,在较小层间位移角下便形成塑性铰,而此时钢板还未形成面外屈曲拉力带,并未有效发挥耗能作用。因此,寻求钢板与柱子刚度之间的的优化设计是充分发挥钢板剪力墙结构优点的关键。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU973.16
【图文】：

模型图,拉杆,模型,钢板

（a）原始钢板（b）替代钢板图 1-1 等效拉杆模型模型中拉杆截面面积为ststntlhA( cos sin ) （1-1）拉杆倾角为)36011(21tan34IlhAhAltbcc （1-2）式中，t 为钢板厚度；l，h 分别为内嵌钢板宽度和高度，stn 为等效拉杆数量，为拉杆与柱中心轴的夹角，bA 和cA 分别为相连梁和柱的截面积，cI 为相连柱的抗弯刚度，但是该模型忽略了板屈曲前行为。简化模型随后被 Elgaaly[50]、Kulak[51]、Lubell[52]等验证。Driver 等[53]对简化分析模型进行了验证，并采用简化分

几何模型,燕山大学,高厚比,学位论文

燕山大学工学硕士学位论文墙几何模型（图 2-2(h)）。表 2-1 5 种计算工况截面尺寸框架截面高厚比 B H=250 mm 250 mm腹板 T1=7 mm翼缘 T2=11 mmλ=500 λ=350 λ=200 λ=100 ——

应力-应变关系

图 2-3 应力-应变关系选取与特性观察框架的细致应力，并且使钢板与框架结果在同一界效过程，本文选用壳 Shell 181 单元模拟框架与钢板。在hell 181 单元采用平面应力单元和板壳弯曲单元叠加展开分单元，其厚度在四个节点进行定义，本文中并未出现变节点定义厚度。根据要求，选择六种厚度壳单元来描述，定义 Shell 181(1)-(6)厚度分别为 7 mm,11 mm,3.6 mm,5架梁、柱腹板与翼缘以及不同钢板厚度。并赋予单元各自1(1)与 Shell 181(2)单元材料特性选择 Q345 钢材，Shell 18Q235 钢材。积分进行求解，令 KEYOPT(3)=0，节约计算时间。选择分析。5 积分点分布于顶、底层 2 个，其余 3 点在四等分

【参考文献】