【摘要】：單塊蝴蝶形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架是一種新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu),由帶自復(fù)位節(jié)點的鋼框架和內(nèi)填單塊蝴蝶形鋼板剪力墻組成,內(nèi)填的蝴蝶形鋼板剪力墻兩側(cè)不與柱連,減少了對柱的附加彎矩,同時采用自復(fù)位節(jié)點使結(jié)構(gòu)在震后實現(xiàn)了復(fù)位。本文采用理論、試驗和數(shù)值模擬三者結(jié)合的方法,分別研究了單塊蝴蝶形鋼板剪力墻、自復(fù)鋼框架和單塊蝴蝶形鋼板剪力-自復(fù)位鋼框架的受力機理和滯回性能,并進行了參數(shù)分析。具體完成了以下工作:(1)提出一種適用于自復(fù)位結(jié)構(gòu)的新型蝴蝶形鋼板剪力墻,給出蝴蝶形鋼板剪力墻簡化受力模型,推導(dǎo)了初始抗側(cè)剛度、屈曲后剛度和極限承載力,并通過數(shù)值分析驗證了公式的有效性。以跨高比和高厚比為主要參數(shù),對不同參數(shù)的模型進行了有限元模擬,結(jié)果表明:與兩邊連接鋼板剪力墻相比,蝴蝶形鋼板剪力墻腰部削弱對剛度和承載力影響不大,但滯回曲線更加捏縮;墻板腰部削弱并未影響拉力帶傾斜角;當參數(shù)跨高比,板厚分別增大時,初始彈性剛度、屈曲后剛度、承載力、等效粘滯阻尼比均有不同程度增大;蝴蝶形鋼板剪力墻能夠為自復(fù)位結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定耗能;蝴蝶形形鋼板剪力墻破壞模式主要為拉力帶受拉破壞。(2)對自復(fù)位鋼框架受力性能進行了分析,結(jié)果表明:自復(fù)位鋼框架節(jié)點脫開后的抗側(cè)剛度主要取決于鋼絞線的面積;當鋼絞線面積確定時,框架復(fù)位效果與蝴蝶形鋼板剪力墻的跨高比、高厚比以及豎向荷載有關(guān);相比于內(nèi)填矩形鋼板剪力墻,蝴蝶形鋼板剪力墻復(fù)位效果更好。(3)通過對單塊蝴蝶形鋼板剪力墻進的試驗研究,結(jié)果表明:單塊蝴蝶形鋼板剪力墻耗能穩(wěn)定,承載力和初始剛度較大,延性好,滯回曲線捏縮,能夠作為耗能器運用于自復(fù)位結(jié)構(gòu)。(4)對自復(fù)位鋼框架、矩形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架和單塊蝴蝶形鋼板剪力-自復(fù)位鋼框架三個試件進行了試驗研究,結(jié)果表明:自復(fù)位鋼框架能夠完全復(fù)位,節(jié)點未出現(xiàn)塑性變形;單塊蝴蝶形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架的復(fù)位效果優(yōu)于矩形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架,但耗能略低于矩形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架試件;試件的受力性能與理論分析一致。(5)通過調(diào)節(jié)質(zhì)量縮放系數(shù),ABAQUS顯式求解器能夠有效模擬蝴蝶形鋼板剪力墻試件。為了實現(xiàn)利用簡化模型模擬兩邊連接鋼板剪力墻復(fù)雜的滯回行為,提出一種適用于桿單元的蝴蝶形鋼板剪力墻滯回理論模型,給出了骨架曲線和滯回準則,考慮了墻板受壓區(qū)的具體貢獻。通過修改PERFORM-3D軟件中的本構(gòu)曲線,實現(xiàn)了該模型在有限元軟件中的運用。結(jié)合試驗結(jié)果驗證了簡化滯回模型的準確性。通過連接器單元模擬自復(fù)位節(jié)點,實現(xiàn)了利用ABAQUS軟件模擬蝴蝶形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架試件,對比試驗結(jié)果,ABAQUS能夠有效模擬自復(fù)位結(jié)構(gòu)。(6)利用數(shù)值模擬分析了蝴蝶形鋼板剪力墻的高厚比、跨高比、墻板削弱寬度對蝴蝶形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架復(fù)位性能的影響,結(jié)果表明隨著蝴蝶形鋼板剪力墻板厚、跨高比減小,蝴蝶形鋼板剪力墻-自復(fù)位鋼框架復(fù)位效果越好。
【圖文】：

圖 1.3 試件尺寸及滯回曲線Timler 和 Kulak[8]設(shè)計兩個足尺的單層單跨薄鋼板剪力墻-鋼框架試件，并進行了試驗研究。結(jié)果表明：1）雖然試件中的墻板較薄，其高厚比達到了 407，但鋼板剪力墻仍然具有較大的初始抗側(cè)剛度和較好的延性。2）相對于試驗結(jié)果，拉桿模型預(yù)測的試件初始剛度和承載力略低于試驗值，主要原因在于拉桿模型未考慮墻板受壓區(qū)的貢獻。Xue 和 Lu[9]首先對兩邊的鋼板剪力墻進行了試驗研究，并對比有限元模擬結(jié)果，提出了荷載-位移曲線的簡化公式，并探討了對框架梁、柱、節(jié)點的連接方式。當采用墻板與柱相連時，拉力帶產(chǎn)生的附加彎矩會使柱提前進入塑性，從而導(dǎo)致柱的破壞，而采用兩邊連接的墻板可以避免對柱子產(chǎn)生較大的彎矩，從而實現(xiàn)多段設(shè)防的設(shè)計目標，但兩邊連接鋼板剪力墻由于不與柱相連，相比于四邊連接鋼板剪力墻，承載力和彈性抗側(cè)剛度均有所削弱。此后國際上關(guān)于兩邊連接鋼板剪力墻研究不多。Bruneau[10]研究了低屈服點的薄鋼板剪力墻作為抗側(cè)力構(gòu)件的力學(xué)性能。研究表明低屈服點鋼板剪力墻能夠在層間位移角很小的情況進入塑性，耗能效果良好，非常適合現(xiàn)有建筑的加固和改造。

第一章 緒論2）通過數(shù)值模擬表明，即使墻板高厚比達到 900，墻板受壓區(qū)仍然提供了一部分貢獻，最少也達到了承載力的 20%以上，此部分的影響不可忽視，拉桿模型并未考慮受壓區(qū)貢獻，，剛度、承載力偏低；3）不同鋼材的鋼板剪力墻受循壞荷載后的強化性能不同，模擬時應(yīng)分別考慮，建議 A31008 鋼材材料性能采用各向同性強化模型，A36鋼材采用組合強化模型；4）通過對試件上應(yīng)變片的數(shù)據(jù)，提出了新型拉壓桿本構(gòu)，此本構(gòu)考慮了墻板受壓區(qū)對滯回曲線的貢獻，與試驗結(jié)果對比，表明此簡化模型能夠準確的反映出墻板受壓區(qū)對滯回環(huán)的貢獻，桿本構(gòu)和模擬結(jié)果如圖 1.7、1.8 所示。
【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU391

【參考文獻】

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本文編號：2698848