新型阻尼耗能波纹钢板剪力墙体系抗震性能分析

发布时间：2020-06-19 10:25

【摘要】：钢框架-钢板剪力墙结构凭借其轻质、高强、延性好等特点,广泛应用于高层建筑中。但平钢板的面外刚度较小,在地震作用下易发生面外屈曲,造成刚度退化和承载力降低,不利于抗震。本文从两个方面对其进行改进:选用面外刚度更大的波纹钢板代替平钢板,抑制钢板的局部屈曲;引入软钢阻尼器,提高结构减震耗能的能力,从而提出了钢框架-新型阻尼耗能波纹钢板剪力墙体系(DCSW)。目前国内外学者已对波纹钢板剪力墙和软钢阻尼器进行了一系列研究,但将两构件同时应用于钢框架结构中的研究成果较少,对于DCSW这一新型钢框剪结构的承载力、延性、抗震性能的研究较匮乏,所以,开展DCSW结构的抗震性能研究具有重大的现实意义。本课题为探究波纹钢板墙和软钢阻尼器对结构抗震性能的影响,按照构件的不同设计了6种钢框剪结构,并建立了6榀有限元分析模型,利用ABAQUS有限元分析软件对模型进行一系列加载模拟。由6榀模型的单调静力推覆加载可知:波纹钢板剪力墙的抗侧性能优异,波纹钢板框剪体系比平钢板框剪体系的极限承载力最大可提高约23%,延性系数提高42%;但波纹钢板的放置方向(横波、竖波)对结构的抗侧性能影响较小。软钢阻尼器的引入可提高结构的抗侧性能,其中对延性和承载力的提升最高可达14.1%和6%。由6榀模型的低周反复加载模拟结果可知:采用波纹钢板作为内嵌墙体,结构的滞回曲线饱满,耗能能力较强,且钢板的面外变形较小,抗震能力优于平钢板剪力墙体系;本文设计的软钢阻尼器具有优异的滞回性能,且屈服位移较小,能够在主体结构进入屈服之前进行耗能,达到保护构件的目的,安装软钢阻尼器后,结构的滞回性能和极限承载力均有提升。为探究波纹钢板和软钢阻尼器的几何尺寸对结构抗侧性能的影响,对D-VCSW结构进行了变参数单调静力推覆加载分析,模拟结果表明:适当增加波纹钢板的板厚可提高结构的抗侧能力,但板厚不宜过大,对于D-VCSW结构,波纹钢板的高厚比宜控制在450-550;波纹钢板的波长和波幅也会影响结构的抗侧性能,其中波折长度和波长的比值应控制在1.15-1.4;软钢阻尼器腹板的开孔率和腹板厚度也会影响结构的抗侧性能,降低开孔率、增加腹板厚度,软钢阻尼器的阻尼增强,结构的抗侧能力随之提升,开孔率降至15%时抗侧性能最佳。本课题对钢框架-新型阻尼耗能波纹钢板剪力墙体系的抗侧性能和抗震性能进行分析,是对当前钢框架-钢板剪力墙的补充,为指导工程设计提供了理论参考,也为抗侧力体系进一步的研究奠定了基础。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.2;TU352.11
【图文】：

体系,墙体,波纹钢板,钢板剪力墙

侧力构件的相关研究[25-26]表明：采用钢板剪的方式避免钢板剪力墙的过早屈曲及提高其波纹钢板剪力墙体系设计经验，归纳出在增强钢板剪力墙研究领的方法，通过外界手段来提高墙体的抗侧墙体外包混凝土板、墙体外贴敷纤维增强材”的方法，通过附加减震耗能装置来消耗地”的策略，将上述两种方法（以硬碰硬+以状，采用天然防屈曲剪力墙：波纹钢板剪力阻尼器来消耗地震能量，这就形成了一种力墙体系（The New Damping Energy Diss DCSW）见图 1.2

软钢,阻尼器

济南大学硕士学位论文波纹钢板剪力墙由平钢板剪力墙通过改变截面形状增加面外变形而得到。前期研发现，通过改变截面几何形状，使其具有足够的强度和面外刚度，可大幅度提高钢板屈曲临界荷载，减缓钢板的屈曲变形，同时在承载的后半程拥有较好的变形和耗能能力因此波纹钢板剪力墙是一种经济、天然的防屈曲钢板剪力墙。本文选用梯形截面波纹板。软钢阻尼器因其在结构减震控制技术中有效、安全、可靠、经济等特点被广泛应建筑物的消能构件。本项目采用的阻尼器是菱形开孔 T 型软钢阻尼器阻尼器，是一种型的金属阻尼器，通过在 T 型软钢的腹板开设菱形孔制得，利用 T 型软钢腹板菱形孔间的钢板的剪切变形耗能（图 1.3）。地震时，由于软钢阻尼器具有低屈服点、柔性和延展性较高等特性，阻尼器会先于梁柱框架等构件进入塑性状态，而这种弹塑性变形性正是消耗地震能量最有效的机制之一[27]。

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