震损钢板剪力墙斜多肋修复抗震性能研究与数值分析

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钢板剪力墙是抗震性能优越的双重抗侧力体系,在高层建筑中的应用越来越广泛,我国作为地震多发国家,震损钢板剪力墙修复具有重要的现实意义和广阔的发展前景,目前国内外学者对震损钢板墙修复方式的研究较少,不能满足工程实际的需要,基于这一现实情况,本文采用非线性有限元方法对该研究进行了探索。本文在斜肋修复钢板墙的基础上进行改进,提出斜多肋修复方法。采用数值模拟的方式,利用ABAQUS 6.14建立两组1:3比例缩尺有限元模型,分别验证了钢板剪力墙拟静力试验和震损结构修复两种建模方法的有效性;利用该方法建立斜多肋修复震损钢板剪力墙模型,分析斜多肋修复后结构的抗震性能。研究表明,斜多肋有效恢复了震损钢板墙内嵌墙板的初始面外变形,与原结构协同工作性能良好,由于减小了墙板的高厚比,屈曲荷载得以提高,经历二次地震时墙板整体屈曲模式转变为斜多肋分隔区域内的局部屈曲。修复后结构在水平荷载作用下受力机制合理,极限承载力、初始侧向刚度和耗能能力较未修复结构提升较大,较斜肋修复亦有小幅提升,且安全冗余度更高。基于上述研究,本文从斜多肋层面和结构层面进行变参分析。斜多肋层面包括肋板刚度比和肋板间距,结构极限承载力与初始刚度随肋板刚度比的增大和肋板间距的减小而提升,提升幅度均呈先大后小趋势,肋板刚度比过大或肋板间距过小可能会转移结构薄弱部位,导致结构破坏模式发生改变造成承载力下降。结构层面包括墙板高厚比、柱柔度系数和轴压比,墙板高厚比过小时修复效果不显著;柱柔度影响其对墙板的锚固作用,柱柔度越小墙板屈曲后强度发挥的越充分;轴压比过大时,结构在弹塑性阶段柱脚部位可能会提前发生失稳。本文基于斜多肋层面与结构层面均提出了修复建议,并给出用以修复不同厚度墙板时的最小肋板刚度比和最大肋板间距的计算公式。为考虑斜多肋修复方法应用于高层建筑中的可靠性,以实际工程为算例,消除尺寸影响并考虑楼层间相互作用效应,运用SAP2000 V20基于简化模型建立一榀三跨十层钢框架-钢板剪力墙足尺有限元模型,利用拉杆条模型SM和混合杆系模型CSM分别模拟未修复和修复后的钢板剪力墙,进行Pushover分析和非线性时程分析,研究是否修复时结构的塑性铰发展与分布以及楼层变形趋势。研究表明,斜多肋修复后结构塑性铰发展与分布更加均匀合理,安全冗余度提升,但顶层位移可能会随之增大,结构延性有所降低,建议仅对薄弱层进行修复。
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