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思索竖向荷载的波形钢板剪力墙力学机能研讨

浙江中南建设集团钢结构有限公司

浙江大学营建设计研讨院有限公司

提要

为了探明波形钢板剪力墙正在竖向和程度荷载共同作用下的力学机能,选取ABAQUS软件成立了24个波形钢板剪力墙模型,举行非线性推覆分析和滞回分析,研讨竖向荷载对波形钢板剪力墙抗侧机能和滞回机能的影响机理,分析边柱-内嵌板刚度比对波形钢板剪力墙力学机能的影响。研讨结果外明:边柱正在竖向荷载和程度荷载共同作用下会发作底部变形和失稳破坏,竖向荷载对波形钢板剪力墙的力学机能有不利影响;波形钢板剪力墙的边柱-内嵌板刚度比增大,剪力墙延性机能和滞回机能提升,反之则低落;边柱-内嵌板刚度比提升到 1 000 m3后,刚度比的增加对波形钢板剪力墙力学机能的影响不再显著,剪力墙柱板刚度比合理的取值范畴约为500~1 200 m3。

钢板剪力墙是20世纪70年代起头研讨并举行工扯荭用的抗侧力结构体系。钢板剪力墙普通由内嵌钢板墙、边沿框架柱和框架梁构成,受力方式与底部固接的竖向工字形悬臂钢板梁相似,此中框架柱相当于翼缘,内嵌钢板相当于腹板,框架梁能够近似等效为横向加劲肋。动作重要抗侧力部件的内嵌钢板,其正在地震作用咸涪生变形耗能,正在地震后可选取千斤顶顶梁将钢板墙拆除,改换新的内嵌钢板墙加以修复,异常便利。此表,钢板剪力墙相较于传统的钢筋混凝土剪力墙结构另有以下长处:

1)能够实现工厂化出产和安装化施工,能有用提高施工效率,缩短工期;2)大幅削减结构自身质量,减幼地震作用,合用于高层和超高层结构;3)有很好的延性机能,正在地震作用下能有用耗能,可减幼地震作用的破坏。

平钢板结构体系虽然正在邦内表已经得到工扯荭用,可是仍不完善。此中,厚钢板剪力墙的初始刚度较大,滞回机能稳定,面表刚度较大,但耗钢量宏大;薄钢板剪力墙能够阐扬愚笨后“拉力带效应”,有较高抗侧承载力,但薄钢板面表稳定性差,滞回弧线捏拢显著,正在强风和电梯振动或地震作用下会发作面表饱曲变形,严沉影响运用安宁性。为预防薄钢板剪力墙体系易发作面表愚笨的毛病,能够运用轧制的梯形钢板、正弦波纹钢板、折线钢板等阵势的波形钢板,来提高钢板剪力墙的面表稳定性,使波形钢板剪力墙能阐扬凸起的延性机能。邦内表学者对分歧阵势波形钢板剪力墙已有必定研讨,此中赵秋红等对正弦波纹钢板剪力墙举行参数化分析,给出了波纹钢板波长、波幅、宽厚比等成分对波纹钢板剪力墙力学机能的影响。郭彦林等对正弦波纹钢板墙受轴压、纯剪作用及压剪作用下的状态举行了有限元分析,拟合出了波纹钢板剪力墙承载力推算式。王威蹬酌试验的步骤对梯形钢板剪力墙举行了抗侧机能和滞回机能的分析,发明波形钢板剪力墙的H型边柱正在往复荷载下易发作愚笨。但目前同时思索竖向荷载和程度荷载共同作用的波形钢板剪力墙力学机能研讨尚未几见。相较于正弦波和折线波形板,梯形波形钢板有平行于填充墙体和边柱的平面,后期的加劲肋焊接和防护墙板装配越发方便,故本文选择梯形波形钢板剪力墙体系动作研讨对象。应用ABAQUS软件成立24个参数各不一样的梯形波形钢板剪力墙模型,研讨竖向荷载和程度荷载联合作用下的波形钢板剪力墙体系的力学机能,为设计梯形波形钢板剪力墙提供理论依据。

1 有限元模型

1.1

构件尺寸

波形钢板剪力墙由波形钢板内嵌板、阁下边柱、高低横梁、加劲肋四局部组成。为了包管剪力墙有足够的面表刚度,同时思索到工厂轧制分歧波形内嵌板的难易水平,根据楼板钢筋间距、后期防护墙板厚度等成分,选择一种梯形波形板的几何尺寸如图1所示,此中板宽L为1 250 mm,板高H为2 700 mm,梯形波波高a为50 mm,梯形波波长q为200 mm,板厚t为6,8,10 mm三种。由相闭文献可知:这种板型的相对宽厚比λs<0.6,即内嵌板波形板的整体愚笨发作正在部门愚笨之前,外现为刚性板。成立了6种截面尺寸和钢板厚度的矩形钢管柱(内填C60混凝土),辨别为250 mm×150 mm、250 mm×200 mm、300 mm×150 mm,钢板厚为12,16 mm。波形板和钢管柱截面阵势和参数见图1。波形内嵌板、钢管边柱和高低横梁均选取SR4四结点减缩积分壳单元,钢管柱内填混凝土选取实体单元。成立的24个波形钢板剪力墙模型参数如外1所示。

a—波形板;b—钢管柱。图1 波形板和钢管柱截面阵势及参数

外1 剪力墙模型尺寸参数 mm

1.2

质料属性

为了让波形内嵌板早于边柱发作屈服,内嵌板选用钢材商标为Q235B,边柱选用钢材型号为Q345B。钢材质料遵从von Mises屈服准则,假如为理想弹塑性,此中Q235B钢材的屈服强度为235 MPa,Q345B钢材的屈服强度为345 MPa。思索到楼板和内嵌波形钢板对高低横梁的束缚作用,假定高低横梁为刚性。

边柱钢管内填C60混凝土,混凝土质料选取毁伤塑性模型。本文选取的混凝土毁伤塑性模型正在ABAQUS中的重要参数见外2。

外2 ABAQUS中混凝土塑性毁伤模型的重要参数

注:fb0为混凝土双轴极限抗压强度;fc0为混凝土单轴极限抗压强度;K为拉伸坠溏面与压缩坠溏面第二应力稳固量比值。

1.3

天堑条件和初始缺点

模型中的阁下边柱焊接正在横梁上,梁柱节点为固接。梯形波形内嵌板竖向操纵,四边辨别和接触的梁柱表外焊接正在一路。束缚下横梁全体的自正在度,将下横梁动作剪力墙结构的固定端。同时,思索楼板对横梁的侧向支橙喻用,模型中束缚高低横梁的面表位移。通过对上横梁参考点施加侧向位移来施加程度荷载,正在刚性横梁表外施加均布荷载来实现竖向加载。ABAQUS中成立波形钢板剪力墙模型如图2所示。

考虑竖向荷载的波形钢板剪力墙力学性能钻研

图2 波形钢板剪力墙结贡ィ型

为了模仿现实结构的加工、运输偏差,本文以结构愚笨模态为根底,给模型施加H/500的初始缺点,此中H为波形钢板的高度。

1.4

有限元模型验证

 
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