半刚性钢框架-波纹钢板剪力墙抗震性能研究

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半刚性连接钢框架易于现场安装,可明确反映节点连接特性,具有良好的抗震性能。钢板剪力墙具有强度大、初始刚度高和延性好等优点,是一种高效且广泛应用的抗侧力体系。薄钢板剪力墙作为一种典型抗侧力构件,它通过钢板形成的拉力带耗散地震能量,其屈曲强度低。波纹钢板剪力墙作为一种新型的抗震和抗剪构件,与平钢板剪力墙相比,其平面外刚度较大,在水平荷载下不易发生屈曲,具有更好的滞回性能。半刚性钢框架的抗侧刚度相对较低,延性较高,使用剪力墙改善其抗侧性能,提出一种新型轻质钢结构体系,即半刚性钢框架—波纹钢板剪力墙。本文通过数值模拟与理论分析,研究了该结构在低周往复荷载下的抗震性能。为确定剪力墙的截面形式,模拟了分别采用正弦形、三角形及梯形波纹钢板的三种墙体在低周往复加载下的滞回性能。结果表明,梯形波纹钢板的承载力适中,刚度退化程度小,耗能能力最优。波纹角对梯形钢板的能量耗能能力有明显影响,随波纹角增加,结构耗能能力先上升、后下降。考虑波纹钢板的耗能能力与墙体的构造形式,选择90°波纹角的梯形波纹钢板作为剪力墙的核心单元。在半刚性钢框架内填充波纹钢板剪力墙能有效提升结构的滞回性能和耗能能力,结构的屈服强度、初始刚度和能量耗散系数分别比半刚性空框架的高1963.57%、851.28%和73.89%,但滞回曲线存在明显的捏缩现象。在波纹钢板剪力墙中填充泡沫混凝土,结构的极限承载力和刚度分别提升40.25%和55.03%,且能有效避免滞回曲线的捏缩现象。波纹钢板的厚度、强度及半刚性节点刚度的增加,提升了结构的承载力和刚度,但其耗能能力有所下降。减小剪力墙的高宽比,墙体的破坏模型逐渐由弯曲破坏变为剪切破坏,结构的耗能能力显著增加,但刚度退化更加明显。增加泡沫混凝土的密度,对结构的滞回性能影响较小。随剪力墙端部加强高度的增加,结构的滞回性能得以提升,墙体破坏位置发生变化。此外,随墙体抗侧刚度的增加,其剪力占比逐渐上升。但增大半刚性节点的刚度,墙体的剪力占比有所减小。基于虚功原理,推导了结构初始刚度的计算方法。根据数值模拟的结果,分析了剪力墙的破坏模式。基于叠加原理,提出了剪力墙在抗剪和抗弯时的极限承载力计算方法,并验证了公式的合理性。
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