钢框架—钢板剪力墙结构体系的试验研究与理论分析

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钢板剪力墙结构是上世纪70年代兴起的一种新型抗侧力体系。钢板剪力墙结构的研究目前已经成为国内外的热门课题,而且利用内填板屈曲后强度的钢板剪力墙的设计方法已经写进美国AISC钢结构抗震设计规范和加拿大CSA钢结构极限状态设计规范。但国内的研究成果尚不充足,且大多集中于内填板的形式对整体性能影响的研究,几乎没有关于边缘约束框架梁柱连接节点的刚度对整体性能影响的研究成果。因此,研究半刚性钢框架—钢板剪力墙新型结构体系具有重要的现实意义。为了研究节点域无加劲肋的栓焊连接节点钢框架—钢板剪力墙结构体系的承载能力、滞回性能、延性、刚度和耗能等特点,以及节点域无加劲肋对钢框架—钢板剪力墙结构整体性能的影响,对一个1/3缩尺比例的中梁节点域无加劲肋的单跨两层钢板剪力墙结构试件进行低周往复加载试验,得出了该试件的滞回曲线、承载力特征参数、延性系数、等效粘滞阻尼系数和累计耗能曲线等结果,并对试验结果进行评价。试验结果表明试件由于整体面外约束刚度不足引起整体面外弯曲失稳提前破坏,导致试件的延性较差;另外该试件的节点域没有发生明显变形,说明节点域无加劲肋对于试件整体性能并无影响。采用壳单元、传统斜拉杆和改进斜拉杆三种不同的有限元模型对试验试件进行模拟,并对试验未得出的结果作补充分析。其中采用壳单元模型分析得到了內填板和边缘约束框架承担的底部剪力占总底部剪力的比例关系和梁端沿梁截面高度的正应力分布。底部剪力的比例随着荷载级数的增加经历了五个阶段;梁端沿梁截面高度的正应力分布表明內填板拉力带的发展使钢板剪力墙的周边框架节点基本不传递弯矩。传统斜拉杆模型和改进斜拉杆模型分析得到了试件的滞回曲线和累计耗能曲线,结果表明传统斜拉杆模型低估了试件的极限承载力和耗能能力,改进斜拉杆模型高估了试件的极限承载力和耗能能力,但改进斜拉杆模型的结果与试验值差别不大。采用经过试验验证的壳单元模型基于层间位移角求解了钢框架—钢板剪力墙的结构影响系数。结果表明该体系的结构影响系数随内填板初始几何缺陷的增大而减小;随节点刚度的减小而减小;倒三角荷载下的结构影响系数小于均布荷载下的结构影响系数。
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