【摘要】：半剛性框架-鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)融合了半剛性框架和薄鋼板剪力墻兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，是一種雙重設(shè)防、延性良好、施工簡單、高效利用材料的新型抗震結(jié)構(gòu)體系。傳統(tǒng)薄鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)存在一些使用和受力上的缺陷，主要體現(xiàn)在屈曲噪聲大、滯回曲線捏縮嚴(yán)重以及對(duì)邊框柱產(chǎn)生不利的附加影響等方面。為了克服上述缺點(diǎn)，結(jié)合非加勁墻體的受力和面外變形特點(diǎn)，將半剛性框架與無粘結(jié)屈曲約束墻結(jié)合，形成了一種全新的半剛性框架-屈曲約束鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)新體系。該種結(jié)構(gòu)改善了鋼板的實(shí)際受力，有效的阻止鋼板的面外變形，提高了結(jié)構(gòu)抗震性能和使用性能，進(jìn)一步降低了節(jié)點(diǎn)區(qū)延性和應(yīng)力要求以及對(duì)框架的不利作用，有效規(guī)避了傳統(tǒng)焊接加勁構(gòu)件和組合墻板面外約束構(gòu)件先于整體破壞的情況，并且可調(diào)控結(jié)構(gòu)耗能和延性比例，達(dá)到延性耗能。二者結(jié)合凸顯的性能優(yōu)勢(shì)使其在地震區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。 本文系統(tǒng)研究了半剛性框架-非加勁及屈曲約束鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力轉(zhuǎn)換機(jī)制、破壞模式和耗能機(jī)理；探求了面外約束件剛度對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的影響；分析了節(jié)點(diǎn)、框架和墻板的相互影響過程；評(píng)估了雙重抗側(cè)力體系的性能要求。此外，進(jìn)一步對(duì)體系的三個(gè)主要組成單元半剛性節(jié)點(diǎn)、邊框柱和無粘結(jié)墻體的性能要求進(jìn)行了詳細(xì)討論，為其設(shè)計(jì)及應(yīng)用推廣提供依據(jù)。論文主要內(nèi)容和成果如下： （1）進(jìn)行了兩層單跨的1榀半剛性框架-非加勁鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)和3榀半剛性框架-屈曲約束鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的擬靜力試驗(yàn)研究，考察不同墻板形式的新結(jié)構(gòu)體系在循環(huán)荷載作用下的滯回性能、整體性能、局部響應(yīng)和破壞模式。從結(jié)構(gòu)體系的耗能、延性、承載力、抗側(cè)剛度、變形、應(yīng)力分布以及協(xié)同工作機(jī)理等方面，揭示了兩種新型結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力轉(zhuǎn)換機(jī)制和耗能機(jī)理。研究表明，屈曲約束墻板對(duì)框架的襯板作用明顯，可降低半剛性框架對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的弱化作用，提高框架承擔(dān)側(cè)向荷載的能力，框架剪切變形承擔(dān)25%左右的水平荷載，剪力墻承擔(dān)75%左右的水平荷載。 （2）系統(tǒng)分析了不同面外約束件剛度對(duì)半剛性框架-鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度、承載力和耗能能力的提高幅度；明確了約束件對(duì)結(jié)構(gòu)延性、邊框剛度、內(nèi)力轉(zhuǎn)換機(jī)制和破壞模式的影響。研究表明，屈曲約束件的設(shè)置有效提高了結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和耗能能力，減小了結(jié)構(gòu)的聲響和顫振以及滯回曲線的捏縮現(xiàn)象。屈曲約束鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)不僅自身性能優(yōu)越，而且對(duì)周邊框架的不利影響作用明顯降低，柱的撓曲幅值較非加勁薄板墻降低量超過60%。 （3）采用ANSYS軟件通過合理簡化建立結(jié)構(gòu)有限元模型，解決模型中引入的三大非線性問題，分析了四種結(jié)構(gòu)在循環(huán)荷載作用下的抗震性能和結(jié)構(gòu)變形響應(yīng)，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示二者吻合良好，其是一種有效的數(shù)值分析手段。 （4）根據(jù)組件法獲得了端板半剛接的控制參數(shù)，對(duì)比了各種彎矩-轉(zhuǎn)角力學(xué)模型的適用性。從節(jié)點(diǎn)實(shí)際的連接特性出發(fā)，分析了鉸接、半剛接、剛接三種節(jié)點(diǎn)連接特性對(duì)半剛性框架、半剛性框架-非加勁鋼板墻和半剛性框架-屈曲約束鋼板墻結(jié)構(gòu)性能的影響。結(jié)果表明：內(nèi)填鋼板的設(shè)置有效降低了節(jié)點(diǎn)區(qū)的延性要求和應(yīng)力響應(yīng)。半剛性框架結(jié)構(gòu)中，內(nèi)填非加勁鋼板墻結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)量減少超過65%，內(nèi)填完全屈曲約束鋼板墻結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)量減少95%。半剛性框架作為第二道抗震防線，幾乎為體系提供全部的抗側(cè)剛度。結(jié)構(gòu)的極限承載力差別與鋼板剪力墻邊框柱的抗彎剛度有關(guān)，當(dāng)剛度滿足要求時(shí)，差異取決于節(jié)點(diǎn)剛度的不同；當(dāng)剛度不滿足要求時(shí)，差異取決于鋼板抗側(cè)承載力的發(fā)揮程度和框架的超強(qiáng)作用。 （5）采用正交試驗(yàn)法，利用單層單跨模型分析了連接特性對(duì)雙體系性能影響的主要因素。利用單層單跨、4層1跨、4層3跨和4層7跨模型分析雙重抗側(cè)力體系的性能要求。研究表明：節(jié)點(diǎn)連接特性對(duì)體系承載力的影響與雙體系抗剪剛度分配比例有關(guān)。當(dāng)剛接框架分配的抗剪剛度小于20%時(shí)，連接特性對(duì)結(jié)構(gòu)極限承載力的提高小于15%，且滿足框架無側(cè)移失穩(wěn)的要求。此時(shí)半剛性框架-鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)可簡化為節(jié)點(diǎn)鉸接模型分析，框架的抗側(cè)能力作為結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備。 （6）采用承載力評(píng)價(jià)和應(yīng)力均勻性評(píng)價(jià)兩種方法，對(duì)CAN/CSAS16-01規(guī)范給出的柱柔度限值小于等于2.5的適用性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明寬高比較大的試件較難滿足要求。本文結(jié)合等效負(fù)剛度和拉立場機(jī)制份額的概念，研究了在軸壓和剪切作用下結(jié)構(gòu)邊框柱平面內(nèi)的柱柔度限值要求。同時(shí)結(jié)合穩(wěn)定等效的方法給出了半剛性框架-非加勁及屈曲約束鋼板墻結(jié)構(gòu)邊框柱面內(nèi)外穩(wěn)定性的校核方法。研究表明，當(dāng)考慮框架柱承擔(dān)豎向荷載時(shí)，，建議框架柱軸壓比控制在0.3以下，柱柔度限值小于等于2.1，框架柱平面內(nèi)的穩(wěn)定性可以得到保證，但平面外的穩(wěn)定性要重新校核。 （7）針對(duì)半剛性框架-屈曲約束鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)，提出一種新型的無粘結(jié)約束連接構(gòu)造措施，并利用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其有效性。給出了屈曲約束件的剛度要求和邊距要求，分析了連接形式、螺栓排布和肋板排布等因素對(duì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)及耗能的影響，研究了結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理，通過調(diào)整拉立場機(jī)制份額，合理量化屈曲約束程度，獲得了耗能和延性協(xié)調(diào)的最優(yōu)方式。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TU352.11;TU398.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2389407