削弱型钢连梁抗震性能及其对剪力墙的影响

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近年来,钢—混凝土混合结构在我国发展迅速,它兼有混凝土结构刚度大、造价低和钢结构强度高、延性大、布置灵活的优点,是一种符合我国国情的高层建筑结构体系。混合结构抗侧力体系中钢筋混凝土连梁多发生剪切破坏,其强度、刚度以及耗能能力退化严重,若采用型钢梁代替普通钢筋混凝土连梁,利用钢梁形成耗能连梁,这种钢连梁加剪力墙墙肢组成的结构体系称为混合连肢剪力墙(Hybrid Coupled Walls)。研究表明,虽然钢连梁的抗震性能较好,但钢连梁与剪力墙的节点区域往往破坏较为严重,影响了墙肢的受力性能且震后修复困难。若将人为控制塑性铰的理念与混合连肢剪力墙中的钢连梁相结合,对连梁端部的型钢翼缘或腹板进行可控削弱,促使梁端首先出现塑性铰,通过塑性铰的形成来耗散地震能量,同时可减轻连梁与剪力墙节点区域的破坏,进而可以提高混合连肢墙结构的抗震性能。本文利用ABAQUS6.6对四十五个经翼缘和腹板削弱后的钢连梁模型及十五个剪力墙—钢连梁足尺模型进行了大量的有限元分析,主要研究内容包括以下几个方面:1.对圆弧型翼缘削弱方法中的削弱位置、长度和深度,以及圆孔腹板削弱的开孔位置和半径进行了深入研究,并从钢连梁的承载力、屈服位移以及沿梁长范围内的应力分布等方面分析了各参数对连梁抗震性能的影响,确定了翼缘和腹板的最佳削弱方式;研究结果表明,经过合理削弱的钢连梁对其承载力影响很小,但能显著提高连梁的延性和耗能能力,满足混合结构抗震的需要;2.利用本文提出的最佳削弱方式对钢梁进行削弱,对连梁的大量工况进行了有限元分析,从钢连梁的承载力、屈服位移、沿梁长的应力分布、钢梁的Mises应力分布和滞回抗震性能等方面,分析讨论了不同钢材强度、高厚比、宽厚比和跨高比对翼缘削弱和腹板削弱钢连梁抗震性能的影响,进而得到了相关规律;3.通过一个简支梁的建模分析,验证ABAQUS中采用的混凝土受压及受拉本构关系、屈服准则和流动法则、单元类型以及求解方法的正确性,进而建立了混合连肢剪力墙的有限元分析模型;对削弱钢连梁混合连肢剪力墙进行了有限元参数分析,钢连梁分为未削弱、翼缘削弱和腹板削弱三种形式,主要考察了钢连梁削弱前后对剪力墙节点区域受力状态的影响规律,得到了钢连梁埋入长度、加劲肋、轴压比、剪力墙混凝土强度等级等参数对墙梁节点区域受力状态的影响规律。
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