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低屈服点钢板剪力墙力学性能研究

作　者: 黄育琪
导　师: 郝际平
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 低屈服点钢板剪力墙受剪屈曲性能抗侧刚度滞回性能时程分析
分类号: TU392.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来，国内外许多学者对钢板剪力墙的力学性能进行了研究，大部分采用普通钢材作为内填钢板，但针对以低屈服点钢材作为内填钢板的低屈服点钢板墙的研究并不多见。本文以力学性能分析为理论基础，采用ANSYS有限元分析软件对低屈服点钢板墙进行数值分析，研究其内填钢板弹性及弹塑性屈曲性能和钢板墙的抗侧刚度、抗剪承载力及滞回性能，并考察了内填钢板对边缘框架柱稳定性的影响，为低屈服点钢板墙在实际工程中的应用提供理论和设计依据。本文主要研究内容及结论如下：(1)首先分析了低屈服点钢板墙的受剪屈曲应力，研究发现《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)附录四中规定的普通非加劲钢板墙屈曲应力计算方法不能直接适用于低屈服点钢板墙，并针对低屈服点钢板墙受剪屈曲应力提出了建议计算方法。(2)对于相同大小的水平剪力，当钢板墙采用相同的边缘框架时，采用低屈服点钢板墙设计的内填钢板厚度将大于普通钢板墙，使低屈服点钢板墙内填钢板的屈曲应力大于普通钢板墙，内填钢板更多的通过屈曲前纯剪切抗侧；钢板墙内填钢板屈曲前抗侧刚度比屈曲后抗侧刚度约大28.2%；因此，实际工程中采用低屈服点钢板墙将得到更大的初始抗侧刚度，有利于整体结构的抗侧。(3)低屈服点钢板墙的抗侧性能可以通过叠加内填钢板和边缘框架获得，分析边缘框架的抗侧性能时需特别注意：无论内填钢板屈曲前纯剪抗侧或屈曲后拉力带抗侧，均会对受压侧框架柱产生不容忽视的轴压力，边缘框架总塑性铰弯矩值将减小，从而降低边缘框架的抗剪承载力，但不会影响边缘框架的抗侧刚度。(4)钢板墙内填钢板屈曲后会对边缘框架柱产生很大的附加弯矩和附加轴力，影响边缘框架柱的稳定性，边缘框架失稳将导致内填钢板斜拉力带不能充分发展。研究结果显示在单向水平荷载作用下，采用低屈服点钢板墙相比普通钢板墙可大大减小对边缘框架柱的附加作用，从而降低边缘框架柱的损坏等级，保证结构整体的安全性。(5)低屈服点钢板墙在循环往复荷载下的滞回环比普通钢板墙饱满，其极限承载力不如普通钢板墙，但延性和耗能性能优于普通钢板墙。低屈服点钢板墙的滞回环饱满程度及耗能性能不受内填钢板高宽比的影响，当钢板墙高度一定时，结构在循环往复荷载下的极限承载力随内填钢板宽度增加而增大；薄钢板墙的延性与内填钢板高宽比无关，但厚钢板墙延性随高宽比的增大而有所降低。(6)中跨内填钢板的嵌入能较大程度的削弱地震动对框架梁的作用，但会增加对中跨柱的作用，满足内填钢板边框柱的刚度要求是保证钢框架-钢板剪力墙充分发挥作用的前提；采用低屈服点钢材作为内填钢板的钢框架-低屈服点钢板剪力墙(SF-LYPSPW)结构能较大程度的减小内填钢板对边框柱的作用，降低边框柱的刚度要求。在罕遇地震激励作用下，相对于纯框架和钢框架-钢板剪力墙(SF-SPSW)结构，钢框架-低屈服点钢板剪力墙(SF-LYPSPW)结构能够更好的保护外框架，从而降低外框架损坏等级，保证结构整体的安全性。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 绪论  11-25
  1.1 前言  11-13
  1.2 钢板剪力墙研究背景  13-22
    1.2.1 钢板剪力墙研究现状  13-19
    1.2.2 钢板剪力墙应用现状  19-22
  1.3 本文研究方法及内容  22-25
2 有限元基本理论  25-27
  2.1 结构非线性分析概述  25
  2.2 Newton-Raphson 迭代法  25
  2.3 ANSYS 结构单元类型  25-27
3 低屈服点钢板剪力墙受剪屈曲性能研究  27-47
  3.1 概述  27
  3.2 均匀受剪矩形板受剪屈曲强度计算方法  27-31
  3.3 低屈服点钢板剪力墙弹性屈曲荷载  31-36
    3.3.1 有限元分析模型及分析参数  31-33
    3.3.2 内填钢板弹性嵌固系数和屈曲系数 K  33-36
  3.4 低屈服点钢板剪力墙弹塑性屈曲荷载  36-43
    3.4.1 有限元分析模型及分析参数  36-38
    3.4.2 弹塑性屈曲荷载计算方法  38-43
  3.5 钢板剪力墙屈曲荷载应用  43-45
  3.6 本章小结  45-47
4 低屈服点钢板剪力墙抗侧刚度及抗剪承载力研究  47-61
  4.1 概述  47-48
  4.2 低屈服点钢板剪力墙抗侧性能理论分析  48-53
    4.2.1 低屈服点钢板剪力墙边缘框架抗侧性能  48-49
    4.2.2 低屈服点钢板剪力墙内填钢板抗侧性能  49-51
    4.2.3 低屈服点钢板剪力墙整体抗侧性能  51-53
  4.3 低屈服点钢板剪力墙抗侧性能数值分析  53-60
    4.3.1 有限元分析模型及分析参数  53-54
    4.3.2 低屈服点钢板剪力墙极限承载力  54-57
    4.3.3 低屈服点钢板剪力墙抗侧刚度  57-59
    4.3.4 低屈服点钢板剪力墙水平荷载-侧移曲线  59-60
  4.4 本章小结  60-61
5 低屈服点钢板剪力墙边缘框架柱稳定性研究  61-71
  5.1 概述  61-62
  5.2 钢板剪力墙边缘框架柱稳定性理论分析  62-64
  5.3 钢板剪力墙边缘框架柱稳定性数值分析  64-69
  5.4 本章小结  69-71
6 低屈服点钢板剪力墙滞回性能研究  71-97
  6.1 概述  71
  6.2 有限元模型及加载制度  71-73
  6.3 结构滞回性能有限元模拟结果及分析  73-95
    6.3.1 不同设计参数对滞回环形状影响  73-82
    6.3.2 不同设计参数对极限承载力及延性影响  82-85
    6.3.3 不同设计参数对水平刚度影响  85-89
    6.3.4 不同设计参数对强度退化系数影响  89-92
    6.3.5 不同设计参数对耗能能力影响  92-95
  6.4 本章小结  95-97
7 钢框架-低屈服点钢板剪力墙动力分析  97-109
  7.1 概述  97
  7.2 模型建立及模态分析  97-99
  7.3 弹塑性时程分析  99-106
    7.3.1 底部剪力及顶点位移  99-102
    7.3.2 层间侧移角  102-104
    7.3.3 框架内力  104-105
    7.3.4 塑性铰分布  105-106
  7.4 本章小结  106-109
8 结论与展望  109-113
  8.1 结论  109-111
  8.2 展望  111-113
致谢  113-115
参考文献  115-119
附录  119

低屈服点钢板剪力墙力学性能研究

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