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钢板深梁内填钢框架结构协同分析与抗震性能研究

袁晓洒  
【摘要】:钢板深梁是一种水平抗侧力构件,在框架结构中的位置与剪力墙相同。通过改变深梁高宽比,可以得到不同的抗侧移刚度,满足各种刚度需求,实现深梁宽范围内的刚度渐变调幅。高宽比不同的钢板深梁,可以获得不同的承载力、延性和耗能能力。钢板深梁布置灵活,便于过道和门窗的布置,既可用于新建结构,又可用于结构加固,具有理论研究价值和广阔的应用前景。本文介绍了国内外深梁的研究现状和钢板深梁的发展、基本构成及工作机理。对2个新型结构-钢板深梁内填钢框架结构试件和1个纯钢框架结构试件进行了低周反复加载试验研究。着重研究了不同高宽比的钢板深梁对试件滞回性能、承载力、耗能能力、延性等方面的影响。结果表明:钢板深梁的高宽比对结构承载力有明显影响,适当降低钢板深梁的高宽比可提高结构承载力;钢板深梁内填钢框架结构试件的耗能性能良好,并可以改善纯钢框架的延性;钢板深梁可分担大幅外部水平荷载,使框架柱承受荷载减小,钢板深梁起第一道防线作用,保证整体框架免受破坏。采用有限元软件ANSYS对试验试件进行数值模拟分析,得到的滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合良好,证明了本文有限元建模的正确性和可行性。通过对比有限元和试验结果,可以得出:由于柱和钢板深梁与底梁螺栓连接处的滑移导致试验得到的滞回曲线出现捏缩;由于钢板深梁具有一定的屈曲后承载力,试件SDBF-B有限元模型的荷载-位移骨架曲线其承载力表现出明显的上升—下降—上升的阶段。在试验模型模拟分析的基础上,对钢板深梁内填钢框架结构进行了系列参数分析,得到了钢板深梁不同高宽比、高厚比的钢板深梁和加劲肋布置方式及不同梁柱截面对结构滞回性能的影响,并给出了钢板深梁高宽比和高厚比建议取值范围,以更好发挥新型结构的抗震耗能性能,为此类新型结构的工程设计奠定了理论基础。为了研究水平力作用下钢板深梁和钢框架的剪力分配关系,对结构协同工作性能加以分析研究,将结构简化为框架梁与钢板深梁连接为铰接体系和框架梁与钢板深梁连接为刚接体系两种模型,通过两种模型理论公式与试验结果的对比分析,认为协同分析模型采用框架梁与钢板深梁连接为铰接体系时较为合理,误差可以控制在15%以内。采用动力时程分析方法研究钢板深梁刚度变化对钢板深梁内填钢框架结构抗震性能的影响和高度变化对钢板深梁内填钢框架结构抗震性能的影响,分析结果表明:钢板深梁能有效抵抗结构的侧移,钢板深梁内填钢框架结构顶点最大位移较钢框架顶点最大位移减少了53%;钢板深梁底部总剪力与钢框架的剪力时程曲线变化趋势相同,钢框架与钢板深梁协同工作良好;钢板深梁内填钢框架结构薄弱层位置随着结构楼层的增加逐渐向高处发展。从而为该新型结构应用于实际工程提供了一定参考价值。


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