弱钢框架-轻钢复合墙体平面结构体系抗震性能及简化计算方法研究

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为推动冷弯薄壁型钢结构体系在多、高层建筑中的使用发展,本文将砌体结构中的“圈梁-构造柱”的概念引入冷弯薄壁型钢结构住宅体系中,提出一种新型装配式弱钢框架-轻钢复合墙体结构体系,并对4个单层单跨弱钢框架-轻钢复合墙体进行试验研究、数值模拟和简化计算分析,在此基础上对4类多层弱钢框架-轻钢复合墙体平面结构进行抗震性能分析,本文研究工作有:(1)设计4片弱钢框架-轻钢复合墙体足尺试件,对其进行水平低周往复加载试验,对墙体的破坏形式、滞回特性、承载能力和延性等性能指标进行了研究。试验结果表明:不开洞墙体破坏特征是水泥纤维板破坏掉落,墙体出现交叉斜裂缝,内填墙体角部混凝土被压碎掉落,开洞墙体破坏特征是洞口角部裂缝贯穿墙厚,水泥纤维板破坏掉落,混凝土被压碎掉落;提高墙体填料强度和增大立柱截面面积对结构的初始刚度影响不大,对结构峰值抗剪承载力和耗能能力有一定提高,但会使墙体结构延性降低,且会减小结构刚度退化速率;墙体开洞会对结构的初始刚度、峰值抗剪承载力和耗能能力有一定程度降低,但对墙体的延性有一定提高,且会显著提升墙体结构的刚度退化速率。(2)在试验基础上,采用ABAQUS有限元软件,对弱钢框架-轻钢复合墙体进行数值模拟和参数分析。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合较好;增大弱钢框架-轻钢复合墙体的填充材料强度、内填墙体厚度、龙骨截面厚度,均可提高墙体的抗剪承载力和弹性抗侧刚度,但冷弯薄壁型钢的强度等级对新型墙体抗剪性能影响较小。(3)基于SAP2000有限元分析软件,建立弱钢框架-轻钢复合墙体结构非线性简化分析模型,结果表明:通过简化模型计算得到的荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,说明本文提出的简化分析方法是合理的,可用于后续多层平面结构的抗震分析。(4)以实际工程为背景,建立4类以内填轻钢复合墙体不同布置方式为参数的6层弱钢框架-轻钢复合墙体平面结构简化计算模型,采用时程分析法分析了4类结构在不同地震作用下的地震响应,并对其变形进行验算。结果表明:4类多层弱钢框架-轻钢复合墙体平面结构在地震作用下的变形满足限值,此类结构具有合理性。
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