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半刚性钢框架内填组合剪力墙混合结构抗震设计方法及塑性分析

作　者: 侯莹莹
导　师: 彭晓彤
学　校: 济南大学
专　业: 结构工程
关键词: 组合墙结构 半刚性钢框架 抗震设计 塑性分析
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


钢-混凝土组合剪力墙作为优秀的抗侧力构件，有效改善了钢板、混凝土板局部屈曲、脆性破坏的缺陷，延性、刚度兼备，很好地提高了钢框架-组合墙结构的侧向刚度和延性，降低了对钢框架节点的要求，为采用较经济的半刚性节点提供了机会，称此结构为半刚性钢框架内填组合剪力墙混合结构(简称SCSW结构)。目前，国内外众多学者对组合墙结构的深入研究主要集中于组合墙的承载能力、钢板的屈曲变形程度及其替代模型、钢筋混凝土盖板的防屈曲效果、钢板和盖板的协同工作原理、组合墙的抗震性能，并已得出了有益的结论。但关于SCSW结构整体抗震设计方法和SCSW结构在地震作用下的塑性破坏模式的研究、整体结构的耗能原理、水平极限承载力的预测方法及各构件间的传力机理的研究尚属空白。本文通过合理的假定提出了SCSW结构的设计方法。以办公楼为原型，设计了一榀六层的SCSW结构。取底部两层并按1/3比例微缩为两层、单跨的SCSW结构模型。根据各构件的功能提出SCSW结构的侧向传力途径为：钢框架通过鱼尾板将侧向力传递给组合墙简化模型；组合墙简化模型通过拉杆将承受的侧向力向下传递至钢框架；钢框架通过自身的变形将水平侧向力向下传递至基础。通过传力分析得出了框架柱、组合墙、鱼尾板剪力的计算方法和钢框架、组合墙承担弯矩的计算方式。通过理论分析、计算得出了SCSW结构的塑性破坏模式、水平极限承载力的预测方法。SCSW结构的破坏过程大致为：内嵌钢板发生微屈曲；钢筋混凝土盖板发挥防屈曲作用，边缘出现裂缝；内嵌钢板周边通长拉断，组合墙退出工作；钢框架侧移，节点、柱脚形成塑性铰，结构破坏。结构主要通过内嵌钢板拉伸变形、半刚性节点和柱脚的塑性铰转动吸收地震能量。建立了SCSW结构的非线性有限元分析模型以模拟循环荷载下的工作状态。通过对应力图、滞回曲线的分析验证了理论塑性分析方法的正确性。研究结果表明：SCSW结构水平极限承载力的理论塑性分析值为702.2KN，低于有限元值分析值约9.4%，说明理论塑性分析方法可行，具有一定的安全储备；SCSW结构组合墙可承担70%以上的侧向力，钢框架承担弯矩比例为80%以上，与组合墙承担全部剪力和钢框架承担全部弯矩的设计初衷基本吻合；对于钢筋混凝土盖板，较大的法向应力主要分布在盖板的四周。可根据盖板法向应力的分布规律调节盖板的配筋，适当增加周边配筋率，减小中部的配筋量，使盖板配筋更经济合理；通过与半刚性钢框架内填纯钢板剪力墙结构模型的模拟结果对比，发现SCSW结构具备更好的的承载能力、抗侧刚度、延性和变形性能。SCSW结构的提出首次将组合墙与半刚性节点组合，拓宽了半刚性节点的适用范围，完善了现有的抗震结构体系，是有实际意义的尝试。

全文目录


摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 引言  11
  1.2 SCSW 结构的研究背景  11-19
    1.2.1 钢框架-支撑体系  11-14
    1.2.2 钢框架-墙板体系  14-19
  1.3 SCSW 结构的研究现状  19-24
    1.3.1 SCSW 结构的提出  19
    1.3.2 SCSW 结构的构造  19-20
    1.3.3 组合墙结构的研究现状  20-24
  1.4 本文的研究工作  24-27
    1.4.1 前人研究的不足  25
    1.4.2 本文结构及研究工作  25-27
第二章 SCSW 结构设计方法  27-51
  2.1 原型结构的设计  27-41
    2.1.1 框架的设计  27-31
    2.1.2 组合墙的设计  31-41
  2.2 SCSW 结构模型的设计  41-49
    2.2.1 组合剪力墙的设计  42-43
    2.2.2 节点的设计  43-49
  2.3 小结  49-51
第三章 SCSW 结构塑性分析  51-59
  3.1 传力分析  51-55
    3.1.1 水平侧向力分配计算  51-54
    3.1.2 倾覆弯矩分配计算  54-55
  3.2 塑性状态水平承载力的预测  55-58
    3.2.1 塑性破坏模式  55-56
    3.2.2 水平极限承载力的计算方法  56-58
  3.3 小结  58-59
第四章 SCSW 结构非线性有限元分析  59-73
  4.1 有限元模型  59-61
    4.1.1 选取单元类型和材料本构模型  59-60
    4.1.2 创建有限元模型  60
    4.1.3 设置边界条件及加载求解控制  60-61
  4.2 塑性分析  61-66
    4.2.1 塑性破坏模式分析  61-62
    4.2.2 水平极限承载力分析  62-63
    4.2.3 传力分析  63-66
  4.3 抗震性能分析  66-70
    4.3.1 单调荷载下的位移曲线分析  66-67
    4.3.2 循环荷载下的滞回性能分析  67-69
    4.3.3 延性性能与变形性能分析  69-70
  4.4 小结  70-73
第五章 结论及后继展望  73-77
  5.1 结论及设计建议  73-75
  5.2 后继工作展望  75-77
参考文献  77-83
致谢  83-85
附录  85

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 组合结构 > 其他组合结构
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