工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙力学性能有限元分析

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工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙是种新型钢-混组合剪力墙,具有截面尺寸小,抗侧刚度大,承载力高等优点,并有效避免平钢板-混凝土组合剪力墙在浇筑后可能出现面外鼓曲缺点。目前国内外对工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙研究较少,为促进该组合剪力墙应用,本文采用数值分析方法对工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙受力机理、抗震性能、设计构造等进行了深入、系统研究。研究内容如下:1)运用有限元软件建立试验构件模型并对其进行非线性滞回性能分析(与试验加载情况相同),将模拟结果和试验结果进行对比验证。结果表明:两者滞回曲线吻合程度较好,验证本文建模方法的准确性,为下文分析奠定了基础。2)在正确建模基础上,建立两种钢管束形式的钢板-混凝土组合剪力墙,一种是工字形平钢板-混凝土组合剪力墙,另一种是工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙,对两构件进行数值模拟,从构件刚度、延性、变形和耗能能力进行对比分析,得出工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能优于工字形平钢板-混凝土组合剪力墙。3)对典型构件ICSW-1进行数值模拟分析,从骨架曲线、刚度退化、耗能、延性能力和受力过程中三个不同阶段下波纹钢板和混凝土应力应变相互作用进行描述和分析,说明该结构具有良好的抗震性能;其次对比工形、T形、L形三种异形波纹双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能,得出工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能>T字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙>L字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙。4)为研究混凝土强度、钢板强度、钢板厚度、墙体厚度、腹板腔数数量、轴压比和剪跨比设计参数对工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能影响,建立24个有限元模型。从骨架曲线、刚度退化曲线、耗能能力和延性系数四个性能指标对比分析了不同设计参数对剪力墙抗震性能影响。研究发现:工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度随混凝土强度等级提高而增大,而延性反之;随墙体厚度的增加,结构承载能力、延性及耗能能力均得到较大提高;在墙体长度不变情况下仅改变腔数时,对结构的承载力影响较小;结构承载力随着钢材强度和钢材厚度的提高而增大;在轴压比0.3~0.6时结构承载力得到提高,但效果不明显,当轴压比增至0.7时结构承载力出现下降;剪跨比较小时能够提高结构的承载力和延性,随剪跨比的增加,结构的承载力和延性趋于下降;通过对典型构件以及七种参数化分析总结,提出工字形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙抗震设计建议。
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