栓焊连接钢框架-钢板剪力墙结构抗震性能试验研究和理论分析

摘要

钢板剪力墙是一种有效的抗侧力体系，具有初始侧向刚度大，能量耗散能力好，延性大等优点。钢板剪力墙与钢框架两者可以组成钢框架-钢板剪力墙结构双重抗侧力体系，目前，对该结构体系的研究很不充分。本文针对栓焊连接的钢框架-钢板剪力墙结构体系，对其抗震性能展开试验研究和理论分析。
　　本研究主要内容包括：⑴按照我国相关设计规范，设计了一幢9层钢框架-钢板剪力墙结构，作为试验研究模型结构设计的主要依据。并分析了钢板墙的存在对框架梁、柱内力分布的影响规律，以及双重抗侧力体系的有效性。⑵选取原型结构底部两层中间跨的钢板剪力墙，按几何相似系数为1/3进行缩尺试件设计。为了利用墙板屈曲后的强度，对缩尺试件的墙板厚度进行适当减小，并考虑不同墙板加劲形式，得到了3榀两层单跨栓焊连接钢框架-钢板剪力墙结构试件。通过水平低周往复加载试验，重点研究试件的破坏过程、破坏模式、承载力、变形性能、滞回性能、耗能能力以及刚度退化规律等；对比分析薄钢板、十字加劲板和斜加劲板对试件整体抗震性能的影响。通过对3个试件应变测量结果的分析，计算了钢框架和钢板剪力墙各自承担的水平荷载和倾覆力矩比例，梁端的轴力和弯矩，深入探讨了钢框架-钢板剪力墙结构作为双重抗侧力体系的受力机理⑶利用有限元分析软件 ABAQUS和 SAP2000，分别采用壳单元和等效斜拉杆模型，对3个试件进行有限元建模和分析，研究结构的破坏过程、破坏形态、承载力和变形性能等，分析不同加劲形式对试件拉力带的形成、塑性铰的形成的影响。通过对比模拟结果与试验结果，验证了有限元建模和结果的有效性，为结构抗震性能的进一步分析提供依据。⑷考虑墙板屈曲后的强度，提出了基于剪力墙板承载力的钢框架-钢板剪力墙结构抗震设计方法和步骤。该方法利用美国 AISC的相关公式计算钢板墙的抗剪承载力，基于等效斜拉杆模型，建立结构的有限元模型，并根据非线性静力分析得到的结构破坏过程和破坏形态，判断钢板剪力墙设计的合理性。通过算例分析，验证了所提方法的可行性和有效性。⑸基于增量动力分析法，提出了计算钢框架-钢板剪力墙结构体系的结构影响系数和位移放大系数的计算方法和步骤。利用等效斜拉杆模型模拟钢板墙，利用SAP2000软件建立分析模型，依据一定的地震波选取方法，对6榀钢框架-钢板剪力墙结构进行了非线性时程分析。利用IDA分析结果，进而求出结构影响系数R和位移放大系数Cd。此外，还分析了结构层数和结构跨数对结构影响系数和位移放大系数的影响规律，并给出了栓焊连接钢框架-钢板剪力墙结构体系结构影响系数和位移放大系数的建议值。

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1 绪论

1.1 背景与意义

1.2 钢框架-钢板剪力墙抗侧力体系

1.3 钢框架-钢板剪力墙结构研究现状

1.4 目前研究的不足

1.5 本文主要研究内容

2 按我国规范设计的试验模型原型结构

2.1 设计概况

2.2 荷载和内力计算

2.3 钢板剪力墙的强度及稳定性验算

2.4 本章小结

3 栓焊连接钢框架-钢板剪力墙结构试验研究

3.1 试验目的

3.2 试验方案

3.3 试验结果

3.4 本章小结

4 试件的有限元分析

4.1 基于壳单元的有限元分析

4.2 基于等效斜拉杆模型的有限元分析

4.3 有限元结果对比分析

4.4 本章小结

5 基于剪力墙板承载力的钢框架-钢板剪力墙结构设计方法

5.1 基于剪力墙板承载力的钢框架-钢板剪力墙结构设计步骤

5.2 钢板剪力墙的设计

5.3 计算分析

5.4 本章小结

6 栓焊连接的钢框架-钢板剪力墙结构影响系数和位移放大系数研究

6.1 增量动力分析法

6.2 地震波的选取和调幅

6.3 算例计算与分析

6.4 结构影响系数和位移放大系数的取值建议

6.5 本章小结

7 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附 表

附 录