洞口对半刚接钢框架内填RC墙结构滞回性能的影响研究

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半刚接钢框架内填RC墙结构(Partially-restrained Steel frame with RC Infill Walls,简称PSRCW)由内填RC墙、半刚接钢框架和抗剪连接件组成。半刚性节点具有较好的转动能力,可避免节点脆断破坏。钢框架梁、柱可作为边界构件承担全部竖向荷载和绝大部分倾覆弯矩,RC内填墙可承担绝大部分水平荷载,显著增加了结构的抗侧刚度。PSRCW结构将钢框架与RC剪力墙的优点结合起来,弥补了各自的缺点,提高了结构的延性和耗能能力,并有效地减小了结构的侧移。随着人们对建筑功能要求的逐渐提高,不可避免出现了对钢筋混凝土剪力墙结构开洞口的使用要求。目前,洞口对半刚接钢框架内填RC墙结构滞回性能的影响尚不明晰,本文所开展的研究工作,对完善半刚接钢框架内填RC墙结构的设计方法,推广此类结构的工程应用具有重要意义。本文采用试验研究、有限元模拟两种方式对开洞口PSRCW结构进行了研究,主要完成了下述工作:(1)完成了4榀双层单跨1/3缩尺的开洞式半刚接钢框架内填RC墙试件的水平低周往复加载试验,两个试件的内填RC墙采用现浇方式,门窗洞口布置于内填墙中部,其余两个采用预制方式,门窗洞口采用偏心布置方式。基于试验研究开洞方式、洞口偏心和装配方式等对半刚接钢框架内填RC墙结构破坏模式、滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、强度退化规律、变形能力、耗能能力等的影响。(2)通过试验研究了开洞式半刚接钢框架内填RC墙结构的局部性能,主要包含开洞口内填墙的剪切变形能力、半刚性节点的性能、抗剪连接件的性能、界面滑移和界面分离规律及内力分配规律等。(3)建立了12个系列30个PSRCW试件的精细化有限元模型,分析了试件的水平承载力、抗侧刚度退化规律、内力分配关系和破坏模式等,研究了门洞尺寸、门洞位置、窗洞尺寸、窗洞位置、开洞率、楼层层数、内填墙厚度、轴压比、钢柱截面面积、混凝土强度等级、高跨比等设计参数对PSRCW结构整体性能的影响,并得出相关结论。(4)为系统地研究半刚接钢框架内填RC墙结构的平面外性能,设计了半刚接钢框架内填RC墙结构基准试件,衍生了楼层层数、钢柱截面、高跨比、轴压比、钢梁加劲肋数量、内填墙厚度、混凝土强度、节点类型、洞口位置及开洞率等11个系列27个模型。利用ABAQUS程序进行了精细化有限元分析,研究了相关设计参数对于半刚接钢框架内填RC墙结构面外承载能力、面外刚度、内力分配规律和破坏模式的影响。研究成果可为进一步研究和工程设计提供依据。
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