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非加劲薄钢板剪力墙性能试验与设计方法研究

作　者: 徐建
导　师: 戴国欣
学　校: 重庆大学
专　业: 结构工程
关键词: 非加劲薄钢板剪力墙屈曲后强度拉应力场抗剪承载力设计方法
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢板剪力墙因具有较大的初始刚度、良好的抗震性能以及施工快速等优点，已开始在高层建筑结构抗侧体系中得到应用，并向利用屈曲后强度的薄钢板剪力墙方向推广。目前，美国钢结构设计规范AISC-3412005以及其钢板剪力墙设计指南，加拿大CANCSAS16-01均对利用屈曲后强度的非加劲薄钢板剪力墙做了设计规定；我国虽有钢板剪力墙相应设计条文，但其原理未考虑利用屈曲后强度，太保守。由于研究趋势越来越倾向于利用钢板剪力墙屈曲后形成的拉应力场进行耗能，现有设计规范在此的不足制约了其应用。因此，应深入开展研究利用薄钢板剪力墙屈曲后强度的设计方法，从而推广此类抗震性能良好的新型结构体系的应用。为研究非加劲薄钢板剪力墙在水平力作用下的抗侧性能，提出利用其屈曲后强度的系统设计方法，本文以理论分析和试验研究作为基础，采用有限元分析作为主要的手段，对非加劲薄钢板剪力墙的抗剪承载力、抗侧刚度变化、拉应力场、非线性性能以及边缘梁柱的刚度进行了较为系统的分析研究。本文主要完成了以下几项工作：(1)对比各国规范的设计方法，基于本文试验结果，对非加劲钢板剪力墙墙板的抗剪承载力进行了比较分析；(2)对4个1:3比例三层非加劲钢板剪力墙进行了抗侧性能的试验研究，并采用ANSYS分析软件建立试验的有限元模型，将有限元计算结果与试验结果予以比较分析，验证有限元分析方法的有效性与准确性；(3)通过有限元参数化分析，对边缘柱刚度，墙板高厚比λ以及跨高比L/h三个主要影响非加劲钢板剪力墙抗剪承载力的因素进行了研究；(4)基于有限元分析结果，研究非加劲薄钢板剪力墙在正常使用以及罕遇地震下的设计方法与构造要求。以上研究工作所得主要结论有：(1)试验研究表明非加劲薄钢板剪力墙在水平力作用下较早屈曲，表现出非线性性能，屈曲后仍有较高的承载力；基于试验结果的规范设计对比分析同样验证了现有中国设计规范的不足；(2)本文建立的有限元模型能够较准确模拟非加劲薄钢板剪力墙在水平力作用下的相关抗侧性能；(3)提出了非加劲钢板剪力墙边缘梁柱面内刚度、边缘柱面外刚度的要求，从耗能需求与抗震要求角度验证了其有效性；(4)提出了非加劲薄钢板剪力墙从加工、正常使用状态以及遭遇大震下的相关实用设计方法与构造要求，该设计方法与分析结果吻合良好，便于工程人员采用现有设计软件进行设计。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-22
  1.1 研究背景及意义  8
  1.2 国内外研究与工程运用现状  8-17
    1.2.1 钢板剪力墙受力特点及分类  8-10
    1.2.2 国外研究现状  10-14
    1.2.3 国内研究现状  14-16
    1.2.4 框架-钢板剪力墙体系的工程应用  16-17
  1.3 国内外设计规范比较分析  17-20
    1.3.1 设计原则  17-18
    1.3.2 各国规范对比  18-20
  1.4 本文主要的研究内容和需解决的问题  20-22
    1.4.1 现有研究不足与需要解决的问题  20
    1.4.2 本文主要研究内容  20-22
2 非加劲薄钢板剪力墙抗侧性能试验  22-38
  2.1 试验概况  22-29
    2.1.1 试件设计  22-24
    2.1.2 试验材料  24-25
    2.1.3 试验装置  25-26
    2.1.4 量测方案  26-28
    2.1.5 加载制度  28-29
  2.2 试验过程及现象  29-33
  2.3 试验结果及分析  33-36
    2.3.1 试验结果  33-35
    2.3.2 结果分析  35-36
  2.4 本章小结  36-38
3 非加劲薄钢板剪力墙有限元分析  38-48
  3.1 试验有限元研究  38-40
    3.1.1 试验模型尺寸  38
    3.1.2 试验材料本构关系  38
    3.1.3 试验有限元建模  38-39
    3.1.4 试验有限元模型初始缺陷  39
    3.1.5 试验有限元模型边界条件与加载方式  39-40
  3.2 试验与有限元结果的比较分析  40-46
    3.2.1 极限承载力及破坏模态对比  40-41
    3.2.2 荷载-面内位移曲线对比  41-43
    3.2.3 抗侧刚度-侧移曲线对比  43-44
    3.2.4 荷载-面外变形曲线对比  44-46
  3.3 设计方法对比分析  46-47
  3.4 本章小结  47-48
4 非加劲薄钢板剪力墙抗侧力性能参数分析  48-62
  4.1 有限元模型  48-50
    4.1.1 工程模型尺寸  48
    4.1.2 工程模型材料本构关系  48-49
    4.1.3 有限元建模  49-50
  4.2 柱刚度参数影响分析  50-57
    4.2.1 边缘柱面内刚度  50-56
    4.2.2 边缘柱面外刚度  56-57
  4.3 高厚比参数影响分析  57-59
  4.4 跨高比参数分析  59
  4.5 本章小结  59-62
5 利用屈曲后强度非加劲薄钢板剪力墙设计方法  62-74
  5.1 非加劲钢板剪力墙设计方法  62-71
    5.1.1 墙板初始缺陷加工要求  62-63
    5.1.2 风荷载、多遇地震下墙板抗剪承载力  63-69
    5.1.3 罕遇地震下构造要求  69-71
  5.2 本章小结  71-74
6 结论与展望  74-76
  6.1 本文的主要结论  74-75
  6.2 展望  75-76
致谢  76-78
参考文献  78-84
附录  84
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  84
  B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目  84

非加劲薄钢板剪力墙性能试验与设计方法研究

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