不同位移角下钢板剪力墙震后修复方式研究

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钢框架钢板剪力墙结构具有良好的抗震性能,具有“先板墙、后框架”的理想破坏模式,内嵌板墙结构先于框架破坏,充当了一种“保险丝”的作用。基于钢框架钢板剪力墙结构在地震中的破坏模式,可以通过不同的修复方法使该结构恢复抗震性能。但所提出的震后修复方法基于的损伤程度不一致,对结构修复后使用的性能指标研究较少。因此,确定钢框架钢板剪力墙结构在不同损伤程度下合理的修复方法是该结构震后快速恢复功能的关键。采用有限元分析的方法对钢框架钢板剪力墙结构进行分析,确定了结构修复后使用的性能指标,并针对不同修复后使用的性能指标确定结构最佳修复方式,主要研究内容如下:(1)统计既有四边连接钢板剪力墙结构试验结果,针对该结构的力学性能,提出结构修复后使用的三级性能指标(对应结构层间位移角分别为1/220、1/110和1/85)。不同级别修复后使用的性能指标对应结构不同的损伤程度,1/220对应结构轻微损伤,只需要简单修复;1/110指结构受到了较为严重的损伤,需要对板墙进行更换或者使用加劲肋修复;1/85指结构已经受到了严重损伤,不仅仅需要对内嵌板墙进行修复,还需要根据损伤情况是否修复框架。基于等效拉杆理论,采用有限元分析软件SAP2000对三组9层、15层和21层的钢框架钢板剪力墙结构进行了静力推覆分析(PUSHOVER分析),并采用有限元分析软件ANSYS建立壳单元模型对所提出的性能指标进行验证。对比结构层间位移角、塑性铰出现顺序以及结构应力变化,所提出的修复后性能指标满足结构的损伤状况,可以为不同损伤程度的钢板剪力墙结构修复方法的选择提供依据。(2)针对确定的性能指标对钢框架钢板剪力墙结构建立有限元模型进行修复分析,对比不同修复方法所取得的修复效果,确定不同性能指标下的最佳修复方法。为得到修复结构的抗震性能,采用两阶段加载,第一阶段对结构施加循环往复荷载至性能指标对应的层间位移角,第一阶段加载结束后修复结构,第二阶段循环往复位移荷载当结构层间位移角达到1/50时结束加载,对比结构在第二阶段的滞回曲线、耗能性能、等效粘滞阻尼系数、骨架曲线及刚度退化等指标。(3)针对一级修复后使用性能指标,此时结构受到轻微损伤,考虑采用钢板整平修复、等强等厚度换板修复和二倍厚度低屈服板换板修复;针对二级修复后使用性能指标,此时结构受到了较为严重的损伤,考虑强等厚度换板修复、二倍厚度低屈服板换板修复、带十字加劲肋版修复、带斜加劲肋板修复及斜加劲肋修复;针对三级修复后使用性能指标,此时结构受到了严重的损伤,考虑强等厚度换板修复、二倍厚度低屈服板换板修复、带十字加劲肋版修复、带斜加劲肋板修复框架柱修复。研究结果表明,一级修复后使用性能指标若是在高烈度地区建议采用二倍厚度低屈服点钢板进行换板修复,若是在低烈度地区建议采用钢板整平修复;二级修复后使用性能指标建议采用带十字加劲肋板进行修复;三级修复后使用性能指标状态下仅仅修复框架对耗能性能影响不大,建议将框架修复与更换板墙同时进行。(4)通过对确定的最佳修复方法进行参数分析,对于一级修复后使用性能指标,当屈服强度超过原板墙二分之一时,结构刚度提升幅度不大,若小于原板墙二分之一时则会降低结构的屈服荷载及峰值荷载,建议采用二倍厚度二分之一原板墙屈服强度板进行修复。对于二级修复后使用性能指标,随着槽钢加劲肋型号的增加,结构的抗震效果提升不明显,建议采用带[80 43 5规格槽钢的板进行换板修复。对于三级修复后使用性能指标,分别采用等强板墙、二倍厚度低屈服板墙、带十字加劲肋板墙和带斜加劲肋板墙分别与底层框架柱贴焊钢板进行组合,对比修复后的抗震性能,建议采用带斜加劲肋板墙分与底层框架柱贴焊钢板共同修复结构。针对确定的修复准则,采用对应的修复方法进行修复,可以使修复后的结构具有较好的抗震性能,耗能总和提升在50.69%~110.63%之间,刚度提升在101.76%~332.26%之间,承载能力提升在8.16%~30.40%之间,修复后结构抗震性能较未修复结构有了较大提升。
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