帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构受力性能与设计方法研究

摘要

钢板剪力墙结构是一种适用于高层建筑的高效抗侧力结构体系。为改善薄钢板剪力墙面外变形过大带来的抗震性能的不足，本文提出一种新型的帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构，可实现结构功能与建筑功能的一体化。综合采用理论分析、试验研究、数值模拟等手段，对剥离了边缘刚接框架抗侧力贡献的帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束内嵌钢板墙的受力机理、抗震性能和设计方法进行了研究，主要内容如下：　　①开展了 1 个纯钢板剪力墙和 6 个帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙试件在往复剪切荷载作用下的拟静力试验。结合试验现象和试验结果数据，研究了帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的损伤破坏模式、承载能力、耗能能力、刚度退化、循环承载力退化、变形能力等性能，对比了各参数变化对钢板剪力墙屈曲约束效果和结构抗震性能的影响。　　②利用ABAQUS有限元计算程序建立了考虑钢材循环强化效应和连接螺栓有限滑移的精细有限元模型。模拟结果与试验的损伤破坏模式和骨架曲线进行对比，验证了有限元模型的准确性。　　③针对连接螺栓间距、帽型冷弯薄壁型钢外卷边长度、帽型冷弯薄壁型钢约束间距、帽型冷弯薄壁型钢截面设计、钢材材料强度、内嵌钢板剪力墙的宽高比、高厚比等参数开展单独参数变化的模拟，得到各参数对帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构性能的影响程度与规律，并给出了一些具体的屈曲约束构造建议。　　④采用理论推导与参数拟合结合的方式，确定了满足帽型冷弯薄壁型钢约束构造要求的钢板剪力墙结构刚度、屈服承载力和极限承载力计算建议公式，并给出了整体结构计算中，建立刚度和承载力双重等效代换的交叉斜杆模型方法。

目录

主要符号

1绪 论

1.1研究背景

1.2相关研究与应用现状

1.2.2加劲钢板剪力墙

1.2.3屈曲约束钢板剪力墙

1.2.4冷弯薄壁型钢复合墙体

1.2.5国内外工程应用

1.3课题的提出及本文研究内容

1.3.1课题的提出

1.3.2本文研究内容

2 帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙抗震试验研究

2.1本章概述

2.2试验方案

2.2.1试件设计

2.2.2加载装置

2.2.3加载制度

2.2.4量测方案

2.3试验现象

2.3.1试件NRSP

2.3.2试件BRSP1

2.3.3试件BRSP2

2.3.4试件BRSP3

2.3.5试件BRSP4

2.3.6试件BRSP5

2.3.7试件BRSP6

2.3.8损伤破坏模式总结

2.4试验结果分析

2.4.1剪力—层间位移角滞回曲线

2.4.2标准化剪力—层间位移角滞回曲线

2.4.3耗能能力

2.4.4骨架曲线

2.4.5刚度退化

2.4.6循环承载力退化

2.4.7约束效果系数

2.5本章小结

3 帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙有限元模拟

3.1本章概述

3.2有限元模型建立

3.2.2单元选取

3.2.4接触设定

3.2.5本构关系

3.2.6网格划分

3.2.7初始缺陷

3.3有限元模型验证

3.4本章小结

4 帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙参数分析

4.1本章概述

4.2弹性边界剪切屈曲荷载解析解

4.3参数分析

4.3.2帽型冷弯薄壁型钢外卷边构造

4.3.3帽型冷弯薄壁型钢约束对数与间距

4.3.4帽型冷弯薄壁型钢截面设计

4.3.5钢材材料屈服强度

4.3.6钢板剪力墙宽高比

4.3.7钢板剪力墙高厚比

4.4本章小结

5 帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构刚度承载力设计方法

5.1本章概述

5.2设计方法

5.2.1刚度计算公式

5.2.3极限承载力计算公式

5.3交叉斜杆等代换模型

5.4算例

5.5本章小结

6 结论及展望

6.1本文主要工作与结论

6.2创新点

6.3研究展望

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

B.学位论文数据集

致谢

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