开洞波纹钢板剪力墙抗震性能分析

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波纹钢板剪力墙作为一种新型抗侧力体系,具有较高的抗剪承载力和初始刚度、优异的延性、良好的耗能能力和稳定性,且工艺简单,造价低,有着广泛的应用前景。但实际工程中由于门窗洞口的设置及管道的铺设,波纹钢板剪力墙不可避免需做开洞处理。本文主要采用ABAQUS有限元分析软件在验证建模方法科学性与准确性的基础上,对开洞波纹钢板剪力墙的抗震性能进行分析,主要研究内容及成果如下:(1)通过对等比例波纹钢板剪力墙的高宽比、内嵌钢板厚度、波纹钢板放置方向及轴压比进行变参数有限元模拟,比较不同参数的试件的关键抗震性能指标,分析不同参数的影响规律,以期给出该类剪力墙用于工程实际的合理化建议:高宽比取值在1附近;高厚比在570~1425之间;轴压比在0.1~0.3之间。(2)通过对比波纹钢板剪力墙开洞前后的抗震性能发现,相比于洞口面积的削弱比例23.1%和9.2%,结构的承载力分别下降16.1%和8.9%。开洞后结构的滞回曲线形状饱满且下降段稳定,表明结构开洞后仍具有优异的延性与良好的耗能能力。(3)采用有限元分析方法研究了各几何参数对开洞波纹钢板剪力墙抗震性能的影响,结果表明开洞波纹钢板剪力墙的承载力与内嵌钢板厚度呈线性正相关,这一趋势在开洞宽度和高度较小时更明显;开洞波纹钢板剪力墙的承载力与开洞宽度和开洞高度呈线性负相关,这一趋势在板厚较大时更明显。随着板厚的增大,开洞宽度和高度的减小,结构的刚度更大,耗能能力和延性更优。相较于方形洞口,开圆形洞口的波纹钢板剪力墙的耗能能力与延性更优。(4)采用有限元分析方法研究了开洞位置对开洞波纹钢板剪力墙抗震性能的影响;对开窗洞波纹钢板剪力墙分析发现,中心位置开窗洞的波纹钢板剪力墙的抗震性能最差,相较于洞口水平位置的变化,竖向位置的变化对结构抗震性能的影响更大,建议应避免在波纹钢板中心位置设置窗洞。对开门洞波纹钢板剪力墙分析发现,门洞处于中间位置时,结构的承载力、初始刚度和延性均最小,两侧位置开门洞时对框架柱的附加弯矩最小,建议门洞设置在波纹钢板剪力墙的两侧。(5)通过对洞口设置加劲肋的开洞波纹钢板剪力墙进行单调加载分析,发现该加固方法可显著提高结构的承载力和初始刚度。但当加劲肋厚度过大时,提升作用并不明显,考虑到经济性加劲肋厚度应控制在波纹钢板厚度的2倍以内。
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