钢板剪力墙波形内嵌墙板受力性能研究和设计方法

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波形钢板剪力墙具有良好的承载性能和耗能能力,作为高层建筑的一种新型抗侧力构件具有很好的应用前景。本文基于有限元数值模拟的方法,重点研究了正弦波浪形内嵌墙板的屈曲性能、抗侧承载力以及耗能能力等,并分析了周边框架的受力性能,提出墙板承载力及框架柱附加内力的设计公式及优化设计建议。首先,对波形内嵌墙板的受剪弹性屈曲性能进行了研究。通过变参数数值方法分析了墙板的屈曲模态和屈曲荷载,推导和改进了其面外弯曲刚度计算式;基于正交各向异性板弹性理论,对弹性屈曲荷载计算公式进行了对比研究。结果表明,正弦波形墙板具有整体屈曲和局部屈曲两种失稳模态,相关屈曲作用不明显;波形板的波幅和板厚是影响其屈曲模态和屈曲荷载的关键参数;现有规范并不能给出准确的屈曲荷载结果。其次,对波形钢板剪力墙进行非线性推覆分析,研究了内嵌墙板和边框的全过程受力特性。明确了墙板宽高比、高厚比、波形比、波浪数目以及边框柱轴压力等关键参数对墙板抗侧性能的影响;基于大量数值分析结果,提出了内嵌墙板的抗侧承载力及边框柱内力的计算公式。研究表明,改变波形墙板的波形比和波浪数目能够明显改善其抗侧承载力;根据墙板的正则化高厚比可较为准确地预测其极限承载力和残余承载力;对于边框柱,可基于内嵌墙板的最大剪切作用力和柱子塑性铰弯矩进行其附加轴力和弯矩的计算;在正常边框柱轴压比范围内,可不考虑上部荷载对内嵌墙板抗侧性能的影响。最后,分析了波形内嵌墙板在低周往复荷载作用下的耗能能力,承载性能,刚度演化等性能指标,并与平钢板剪力墙进行对比。结果表明,波形内嵌墙板的初始抗侧刚度比平钢板显著提高,滞回环更加饱满、耗能能力更优;对于波形钢板剪力墙,增大波幅或增多波浪数目能够有效提高其耗能能力。
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