半刚性框架—内填十字加劲钢板剪力墙结构的抗震性能研究

论文摘要

半刚性框架—内填十字加劲钢板剪力墙（Semi-Rigid Connection Steel Frame with Cross-stiffened Steel Plate Shear Walls）结构作为一种新型结构体系,集成了半刚性框架与加劲钢板墙各自的优点,一方面通过设置加劲钢板墙增加了半刚性框架的抗侧刚度,另一方面节点采用半刚性连接提高了结构的综合经济效益。目前国内外对这种结构体系的研究还比较少见,因此对这种结构的破坏模式、耗能机理以及延性进行系统地研究是准确把握结构抗震性能的基础,本文基于试验研究与仿真数值模拟相结合的思路对这种结构的抗震性能进行了深入的探讨。本文对一榀单跨双层半刚性框架—十字加劲钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载作用下的试验研究。通过分析试验现象及试验数据,研究了结构的破坏模式以及强度、刚度退化、耗能和延性等抗震性能,研究结果表明:结构在循环荷载作用下具有良好的耗能能力、延性和稳定的滞回性能;整个加载过程,半刚性节点变形不明显,加劲钢板墙的设置有效的控制了结构的侧移,降低了结构对节点的延性要求;结构破坏是由于柱脚处焊缝撕裂以及柱过大的面外变形。在试验研究的基础上,本文用有限元软件ANSYS研究了结构在单调荷载作用下的受力性能,将得到的荷载—位移曲线与试验结果进行对比发现,ANSYS程序能够较好地模拟结构在单调加载下的受力特性;系统地分析了板高厚比、肋板刚度比、柱轴压比以及节点刚度对结构承载力、刚度以及内力分配的影响。最后,对研究结果进行了总结,提出了一些设计建议,为建立这种结构抗震设计方法提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 半刚性连接和钢板剪力墙结构研究现状
• 1.2.1 半刚性连接研究现状
• 1.2.2 钢板剪力墙研究现状
• 1.3 目前存在的问题及本文的研究工作
• 1.3.1 目前研究中存在的问题
• 1.3.2 本文的研究工作
• 2 半刚性连接的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 半刚性连接的数学模型
• 2.2.1 线性模型
• 2.2.2 多项式模型
• 2.2.3 B样条模型
• 2.2.4 指数函数模型
• 2.2.5 幂函数模型
• 2.3 带双腹板的顶底角钢连接的幂函数模型
• 2.3.1 初始连接刚度R ki
• 2.3.2 极限弯矩承载力M u
• 2.3.3 几何形状参数
• 2.4 小结
• 3 半刚性框架—内填十字加劲钢板剪力墙试验研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 试件设计
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 试验装置
• 3.3.2 测量方案
• 3.3.3 加载方案
• 3.4 材性试验
• 3.5 试验过程描述
• 3.6 试验结果分析
• 3.6.1 滞回曲线
• 3.6.2 骨架曲线
• 3.6.3 耗能能力
• 3.6.4 延性性能
• 3.6.5 强度退化
• 3.6.6 刚度退化
• 3.6.7 半刚性框架的受力变形规律
• 3.7 小结
• 4 半刚性框架—内填十字加劲钢板墙结构非线性有限元分析
• 4.1 非线性有限元基本理论
• 4.1.1 非线性问题
• 4.1.2 几何非线性
• 4.1.3 材料非线性
• 4.1.4 非线性方程组的数值解法
• 4.2 有限元模拟
• 4.2.1 单元选取
• 4.2.2 几何模型建立
• 4.2.3 半刚性节点的弯矩—转角关系
• 4.2.4 COMBIN39 弹簧单元的设置
• 4.2.5 网格划分技术
• 4.2.6 边界约束条件及施加荷载
• 4.3 单调加载有限元分析
• 4.3.1 荷载-位移曲线
• 4.3.2 应力云图
• 4.3.3 结构体系的面外变形
• 4.3.4 结构的内力分配
• 4.4 小结
• 5 半刚性框架—内填十字加劲钢板墙结构性能影响因素分析
• 5.1 板高厚比对结构性能的影响
• 5.1.1 荷载—位移曲线
• 5.1.2 刚度退化
• 5.1.3 结构内力分配
• 5.2 肋板刚度比对结构性能的影响
• 5.2.1 荷载—位移曲线
• 5.2.2 刚度退化
• 5.2.3 结构内力分配
• 5.3 柱轴压比对结构性能的影响
• 5.3.1 荷载—位移曲线
• 5.3.2 刚度退化
• 5.3.3 结构内力分配
• 5.4 节点刚度对结构性能的影响
• 5.4.1 荷载—位移曲线
• 5.4.2 刚度退化
• 5.4.3 结构内力分配
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 试验部分
• 6.1.2 非线性有限元分析
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研情况
• 附录：半刚性连接弯矩转角关系的确定