钢框架钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震性能研究

摘要

钢框架钢板混凝土联肢组合剪力墙结构（SFCW）是由钢连梁和钢板组合剪力墙耦合成的一种新型结构体系。该结构在强震作用下更充分发挥钢材和混凝土材料性能，以尽可能小的墙体厚度满足高轴压、高延性和良好耗能的需求。
　　本文依据AISC341-2010和JGJ138-2016规范，基于先钢连梁后组合剪力墙屈服的预定屈服机制的30％耦连比指标，并提出了钢连梁和组合剪力墙构件承载力设计方法，设计了一个1/4缩尺5层的钢框架钢板混凝土联肢组合剪力墙试件，从力-位移曲线、延性、刚度退化、耗能能力、层间位移角、钢连梁剪切变形以及破坏模式来评价该结构体系的抗震性能。研究表明：SFCW体系具有优越的抗震性能。采用钢框架钢板和改变连梁沿层高的截面尺寸，结构总体呈现先连梁后剪力墙屈服的预定屈服耗能机制，并且剪力墙屈服后，钢连梁仍然具备足够的塑性变形能力，达到了连梁-墙肢双重抗震防线机制的目的。剪力墙裂缝沿层高方向均匀分布，连梁-剪力墙节点区域未出现集中裂缝。试件的最终破坏特征为：钢连梁腹板加劲肋焊接处断裂破坏，钢框柱翼缘屈服并出现较大的塑性变形，剪力墙底部截面区域混凝土压碎破坏。
　　基于钢框架钢板混凝土联肢组合剪力墙的试验结果，采用ABAQUS软件建立数值分析模型，验证有限元数值模型和分析方法可靠性和准确性，并建立15个有限元模型对剪力墙轴压比、截面配钢率和钢连梁弯剪比进行参数分析。结果表明:轴压比对承载力、刚度和耗能能力影响不明显，但延性却先增加后减小，建议实际轴压比不超过0.20，设计轴压比不超过0.48。配钢率对承载力和耗能能力提升明显，但避免发生脆性破坏，剪力墙截面配钢率不超过8.0%。钢连梁的剪切塑性变形的延性和耗能能力优于弯曲塑性变形，钢连梁的设计应符合“剪切弱于弯曲”要求，同时保证钢连梁充分发挥剪切塑性变形能力，建议钢连梁设计净跨取值为1.0 Mp/Vp~1.5 Mp/Vp。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

2 钢框架钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震性能试验概况

2.1 试验目的

2.2 联肢组合剪力墙结构设计

2.3 材性试验

2.4 加载装置和加载制度

2.5 测点布置

2.6 本章小结

3 试验现象及结果分析

3.1 试验现象

3.2 试验破坏特征

3.3 试验数据处理

3.4 本章小结

4 钢框架钢板混凝土联肢组合剪力墙有限元分析模型与验证

4.1 有限元计算模型的建立

4.2 有限元模拟结果与试验结果对比

4.3 本章小结

5 钢框架钢板混凝土联肢组合剪力墙滞回性能参数分析

5.1 剪力墙轴压比

5.2 剪力墙截面配钢率

5.3 钢连梁弯剪比

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要工作及结论

6.2 抗震设计建议

6.3 创新点

6.4 后续研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 有限元模型滞回曲线

B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

C. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励

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