波折钢板剪力墙内嵌墙板与框架的相互作用分析

摘要

随着高层建筑的不断发展,水平荷载愈发成为结构设计中不可忽略的因素,钢板剪力墙因其优越的抗侧力性能,在实际工程中得到广泛的应用,研究人员对其受力性能开展了深入的研究。普通平钢板剪力墙具有较高的极限承载力,但在往复荷载作用下滞回曲线出现"捏拢",尤其是薄钢板会发出巨大噪声,影响结构舒适性。波折钢板由于波折的存在,具有更高的面外刚度,呈现出面内剪切屈曲的受力特征,延性较好。与普通平钢板剪力墙相比,其抗侧性能及墙板抗侧机制仍有待研究,且在水平荷载和竖向荷载共同作用下的受力性能研究也比较缺乏。通过有限元方法分析了内嵌波折钢板的抗侧力机制,提出相对应的框架柱门槛抗弯刚度要求,研究了竖向荷载对墙板性能的影响,给出工程实用设计建议。首先,利用有限元软件ABAQUS模拟循环加载试验,将试验与有限元拟合结果进行对比,验证利用ABAQUS软件分析波折钢板墙的有效性与准确性;通过对两个典型算例的荷载-位移曲线分析,指出波折钢板墙的两种不同的抗侧力机制,分析这两个算例的框架弯矩分布,表明波折钢板通过"四边受剪"或"拉力带"两种机制抵抗侧向力,且抗侧力机制由内嵌钢板的几何参数决定。如果波折板主要通过"拉力带"抵抗侧向荷载,由于波折的存在,"拉力带"不能充分发展,就会出现残余承载力较低的情况;其次,以非加劲平钢板剪力墙边缘柱的截面抗弯刚度要求为基础,分析框架在弹性和弹塑性两种情况下,边缘柱截面抗弯刚度对墙板性能的影响,指出正则化高厚比越大,柱截面抗弯刚度对墙板性能的影响越大,当正则化高厚比λn≤0.45时可以认为波折钢板主要通过"四边受剪"机制抵抗侧向力,这时对框架柱的抗弯刚度要求较小,可以采用截面抗弯刚度EI≥0.5EI*的框架柱,在实际工程中推荐使用λn≤0.45的波折钢板以保证足够的残余承载力;最后,针对正则化高厚比小于0.45的波折钢板墙,研究竖向荷载对墙板性能的影响,改变作用在柱子上的轴向压力,观察墙板承载力的变化情况,指出竖向荷载对墙板极限承载力影响很小,但由于边缘柱在残余状态下产生较大的竖向压缩,导致墙板剪力不能有效传递,进而引起柱子残余承载力下降,正则化高厚比越大的墙板,残余承载力下降越严重,实际工程中可以通过增大柱截面面积避免这种情况的出现。