钢框架—组合剪力墙结构动力特性分析

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钢框架-组合剪力墙(SCSW)结构是一种新型、适用于高层建筑的内填墙抗侧结构形式。组合剪力墙通过螺栓连接两侧混凝土盖板与内嵌薄钢板,防止薄钢板产生面外屈曲,充分发挥其延性和耗能能力,使结构具有良好的抗震性能。目前国内外对SCSW结构的研究取得了阶段性的成果,静力弹塑性分析已经比较成熟,动力性能的研究刚刚起步,因此,系统研究SCSW结构的动力特性具有理论指导意义。本文采用有限元分析软件ANSYS12.0,建立了半刚性钢框架-组合剪力墙、钢框架-钢板剪力墙的简化分析模型,并通过相关试验验证了建模方法的合理性;随后,设计了一20层钢框架剪力墙结构,选取其中横向一榀SCSW结构建立有限元基本模型(BASE模型),在BASE模型的基础上,考虑内嵌墙板类型、内嵌钢板厚度和节点刚度等3个因素的影响,建立了3个系列共18个有限元模型;对上述模型分别进行模态分析、反应谱分析、时程分析,通过模态分析探讨各个因素影响下结构自振周期的变化规律,通过反应谱分析探讨多遇地震作用时SCSW结构在各个因素影响下楼层位移、层间位移角和基底剪力的变化规律,通过时程分析探讨罕遇地震作用时SCSW结构在各个因素影响下位移、加速度及内力等响应的变化情况。研究结果表明:较之传统钢框架结构,SCSW结构的自振周期明显减小,在多遇及罕遇地震作用下楼层侧移及层间位移角均减小,基底剪力增大;SCSW结构与钢框架-钢板剪力墙结构的自振周期相差不多,在多遇地震作用下的动力响应也比较接近,而在罕遇地震作用下SCSW结构的总体抗震性能更优秀。在薄钢板范围内,随着内嵌钢板厚度的增加,SCSW结构的弹性抗侧刚度增幅很小,结构的自振周期及在多遇地震作用下的楼层侧移、基底剪力几乎没有变化,而在罕遇地震作用下钢板越厚,屈服越晚,结构产生的动力响应越不利于抗震。随节点刚度的增大,结构整体的抗侧刚度提高,自振周期减小,在多遇和罕遇地震作用下节点刚度适中的SCSW结构较之节点铰接和刚接的SCSW结构表现出更优异的动力性能。SCSW结构的应用前景十分广阔。本文对影响SCSW结构动力特性的几个因素进行了不同方面的分析,为进一步的理论研究和实际应用提供参考。
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