填充墙对轻型钢框架结构抗震性能的影响

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目前填充墙钢框架结构在建筑结构应用中广泛,但国内外的研究学者对维护结构的研究体系理论还不完善,研究深度十分有限。主要表现在:填充墙的抗侧力性能对结构的影响以及墙体开洞两个方面。我国目前针对此类结构的主要设计方法是:将墙体等效为恒载施加到结构上,忽略墙体对结构的有利作用以及对结构不利方面的影响。然而墙体对结构的承载力和抗侧向刚度影响较大,这样会导致在设计中结构的抗震性能略有偏差,而墙体开洞对结构的性能影响更大,所以对填充墙钢框架结构体系的研究势在必行。本文利用Abaqus大型有限元软件对填充墙钢框架体系进行了深入的研究,首先通过已有试验对比,认为利用Abaqus有限元软件来对填充墙结构体系进行建模分析是可行的。随后分别建立了配筋率模型,轴压比模型,带洞口模型等一系列模型,并对这些模型分别进行了水平单调加载和低周反复循环加载作用下的拟静力模拟。提取了系列模型的单调荷载位移曲线、刚度退化曲线、滞回曲线和骨架曲线来分析这些因素对结构抗震性能的影响。通过分析认为:在水平单调加载和低周反复加载的作用下与纯钢框架相比,填充墙钢框架结构可以提高结构的承载力和抗侧向刚度,但是结构的耗能能力和延性性能明显劣化。墙体的受力区域主要集中在受压向墙体对角线区域,当墙体截面无削弱时,结构承载力的降低是由于墙体脆性破坏引起的,而此时钢框架仅有部分区域达到不同程度的屈服状态,结构并未达到极限强度,因此对墙体替换后,结构可以继续使用。当轴压比为0.2时,对结构的承载力、变形能力和延性影响较小但同等条件下轴压比越小,结构的受力性能越好,过大的轴压比会导致结构过早的发生破坏。ALc墙板内配置钢筋时,可以提高结构的承载力和刚度,并且随着配筋率的增大,承载力和刚度也越来越大,而结构的极限位移却随之降低,延性劣化。墙体开洞对结构的承载力、位移、刚度等一系列性能影响较大,并且不同开洞面积对结构的影响不同,墙体的极限承载力、刚度随着洞口面积的增大而降低,而耗能性能和延性性能却显著提升,当开洞率超过50%以后,墙体对结构承载能力和抗侧向能力与纯钢框架自身的承载能力和刚度相差不大,因此在结构设计中不宜将窗口的面积设置过大当墙体洞口和柱距的绝对距离不变时,在梁的不同端加载对结构的抗震性能影响不大当洞口处于柱端时,结构的承载力下降明显,刚度和延性均有一定程度的降低,在设计应予于避免。最后建立了简化的整楼计算模型,对纯钢框架和填充墙框架体系进行了时程分析,结果表明墙体的存在有效的限制了结构的侧移,但结构会较早发生破坏,设计中不应忽略墙体的刚度。
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