双向蝴蝶形钢板剪力墙耗能器的试验和模拟研究

摘要

两边连接开缝钢板剪力墙仅与框架梁相连，避免了钢板墙受力过程中对框架柱的不利影响；同时开缝改变了钢板的受力性能，将钢板的剪切变形转变为耗能段的弯曲变形。这种设计虽牺牲了部分承载力和刚度，但具有较好的耗能和延性，且可以通过调节耗能段的参数调整钢板的承载力和刚度。本文针对两边连接开缝钢板剪力墙耗能段材料利用率低、耗能段端部存在应力集中、不合理的设计会使试件过早发生整体面外失稳、耗能段在加载后期产生面外失稳导致滞回曲线捏缩等问题，研究一种作为耗能器使用的新型双向蝴蝶形钢板剪力墙，并通过试验和数值模拟分析了该钢板剪力墙的抗震性能及相关参数对其性能的影响规律。论文主要进行了如下工作： 1）进行了4榀足尺试件的低周循环荷载试验，研究了不同构造双向蝴蝶形钢板剪力墙的抗震性能，重点分析了各试件的滞回性能、承载力、延性、抗侧刚度和耗能能力。试验结果表明：新型双向蝴蝶形钢板剪力墙通过带槽钢约束的竖向蝴蝶板承担大部分水平荷载，横向蝴蝶杆主要耗散能量，实现了对钢板墙作为耗能器的设计要求；各试件滞回曲线饱满稳定，耗能优异，且具有较大的承载力与初始刚度；试验后期因受倾覆弯矩作用，钢板端部边缘出现局部屈曲并挤压槽钢导致承载力下降，但试验结束前未出现承载力大幅下降现象，因此试件具有良好的延性。 2）采用有限元软件Abaqus对3个试验试件建立精细化非线性模型，与相应试验结果进行对比，分析其变形、滞回曲线和骨架曲线等。研究表明：数值模拟得到的滞回曲线虽略大于试验结果，但滞回形状基本一致，且数值模拟较准确地追踪了钢板的应力状态、整体变形以及横向蝴蝶杆的局部变形，因此，可以利用Abaqus对此类钢板剪力墙进行数值分析。 3）进行有限元参数模拟分析，着重研究竖向蝴蝶板和横向蝴蝶杆参数对钢板抗震性能的影响。结果表明：竖向蝴蝶板数量m和其蝴蝶形端部高度l与厚度t的比值β共同影响钢板墙承载力，且增大m和β，钢板承载力随之增加；横向蝴蝶杆行数n和其宽度b与厚度t的比值α对着钢板墙的耗能能力具有显著影响，且随着横向蝴蝶干数目增加，试件滞回曲线愈加饱满，总耗能量也随之提高，而当其他参数一定仅增加宽厚比时，尽管相应试件加载前期耗能性能优异，但加载后期过大的面外变形却制约其耗能能力。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究目的和意义

1.2钢板剪力墙的发展及研究现状

1.3开孔钢板剪力墙的研究现状

第二章 双向蝴蝶形钢板剪力墙试验研究

2.1试验目的

2.2试验方案

2.3试验现象及数据处理

2.3本章小结

第三章 双向蝴蝶形钢板剪力墙数值模拟及试验验证

3.1双向蝴蝶形钢板剪力墙的数值模拟

3.2数值模拟的验证

3.3本章小结

第四章 双向蝴蝶形钢板剪力墙数值模拟参数分析

4.1 Base试件以及参数的确定

4.2有限元计算分析

4.3参数分析

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

作者简介