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薄钢板剪力墙在压弯剪作用下承载力的试验与理论研究

王迎春  
【摘要】:薄钢板剪力墙结构由于其优良的抗震性能正逐步从研究向应用转变,现在国内虽已有一些采用该结构体系的工程项目在建或完工,但尚无相应国家标准可循,此外,尚无该类构件在压弯剪复合荷载作用下承载力的研究成果。 本文采用拟静力试验与理论分析相结合的方法,研究了加劲和无加劲薄钢板剪力墙在压弯剪复合荷载作用下的剪切承载能力,为工程应用提供依据。主要研究内容和成果如下: 1)通过对15个强边框刚接框架内填加劲与无加劲薄钢板剪力墙的拟静力试验研究,揭示构件的剪切变形强度、刚度、延性、耗能能力和破坏机理等,为理论研究提供参考依据。试验结果表明边框刚强且延性良好是内填板拉力场充分发展的条件;通过内填板加劲或增强边框均可提高钢板墙的弹性强度和刚度;构件具有较好的延性;抗震规范的阻尼系数适用于薄钢板剪力墙。 2)以高厚比、层间宽高比、轴压比和整体高宽比为影响因素,每因素设置三个水平,利用四因素三水平正交设计表法设计试件,采用有限元方法对无加劲薄钢板剪力墙在压弯剪复合作用下进行弹塑性分析。提出了在边框刚强的条件下,以层间剪切位移角1/500相应的剪应力为极限状态的设计准则,此时的弹性抗剪强度、刚度是与高厚比相关的,随高厚比增大成非线性下降趋势,文中给出了相应的计算方法;轴向压力约降低构件剪切强度10%;整体倾覆弯矩约降低构件剪切强度40%;内填板拉力场形成过程中其承担的轴压应力向边框柱转移,加重了边框柱的负担;构件的倾覆弯矩主要由边框柱承担;对强框弱板理念设计的高宽比较大构件,侧向变形随侧移增大可能会从弯曲向弯剪型的转变,对框架-剪力墙结构体系层剪力分配造成影响。 3)设计了3层、6层和9层两组不同宽度系列的试件,按倒三角形分布荷载施加侧向力,分别对有限元法和双向强拉弱压杆简化分析法的计算结果进行了对比。结果表明采用基于薄腹梁剪切屈曲后强度公式的双向强拉弱压杆模型与内填板的抗剪机理相协调,能够较为准确的模拟构件在屈服前的性能,文中给出了简化模型参数的确定方法。 4)采用理论与有限元对比分析的方法,对加劲薄钢板剪力墙在弹性和弹塑性阶段的肋板刚度比进行了研究,对肋板刚度比门槛值提出建议。在发生剪切弹性屈曲、弹塑性变形时保持构件整体性能基本不变的门槛值建议不小于30~40,高厚比大的取上限值。在压弯剪复合作用下,建议考虑轴压力对抗弯刚度的影响进一步提高。 5)以高厚比、高宽比、轴压比和肋板面积比为影响因素,每因素设置三个水平,利用四因素三水平正交设计表法设计试件,采用有限元方法对加劲薄钢板剪力墙在压弯剪作用下进行弹塑性分析。认为高层建筑层间位移角按1/400控制是可行的,对多层建筑需从严控制。边框刚强时,在压剪作用下,加劲构件的剪切承载力比纯剪构件约降低10%;在压弯剪作用下,剪切承载力约降低42%。构件在极限状态下的局部弯曲内力可近似按作用有分布内力计算,分布力大小可按0.5t t或(t_u-t_(cr))t来计算。构件主要通过边框柱承担倾覆力矩,用在筒体结构中对其整体抗倾覆能力的评价和改善需深入研究。内填板的面外变形幅度对滞回曲线有影响。


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