單片開洞鋼板剪力墻的結構設計理論與方法研究.pdf

1、通過實際大震的檢驗證明,鋼板剪力墻結構為現(xiàn)今存在的最優(yōu)抗震耗能結構體系。由于要滿足建筑的使用功能,難免要求在鋼板墻上開設多種樣式的洞口,本文以單片開洞薄板墻為研究對象,系統(tǒng)研究了多種開洞薄板墻的受力特性,主要包括以下內容:
　　1、對現(xiàn)存的開洞鋼板墻按部位的不同劃分為SW-Ce、SW-Be、SW-Bo、SW-Co四類形式,從開洞鋼板墻中有、無邊緣構件的存在入手進行分析,通過兩者的抗剪極限承載力及結構延性確認邊緣構件存在的必要性。采

2、用經典力學的分析方法對SW-Ce型鋼板墻的邊緣構件受力進行求解,得到經典解析解后推廣應用至其他開洞鋼板墻的邊緣構件,以此為依據提供了邊緣構件強度計算的方法。
　　2、采用有限元軟件對上述四種開洞鋼板墻建立精致模型,以準確模擬不同開洞形式下鋼板墻的受力性能,通過靜力分析提出影響開洞鋼板墻受力的主要因素,除普通鋼板墻的影響因素外,主要由洞口水平偏心率(1η)與墻板水平截面開洞率(2η)兩個因素所決定,通過大量算例證明上述兩因素均與開洞

3、鋼板墻的極限承載力與延性呈一定的線性關系。
　　3、從施工角度分析焊接作用對開洞鋼板墻受力性能的影響,分析了不同的施焊順序造成結構自身應力與變形的不同,得到開洞鋼板墻的最佳焊接順序,并提出減小焊接不利影響的施焊工藝;通過具體算例可知,考慮焊接作用對結構的抗剪極限承載力降低約5％,且結構的延性有所降低,證明焊接作用對開洞鋼板墻的受力性能是不可忽略的因素;考慮施工過程中由于鋼板墻幾乎同步或稍微滯后于結構主體施工,結構主體的軸向壓縮導致

4、鋼板墻產生軸向預壓作用,通過對開洞鋼板墻最大層壓縮比的分析可知,由施工順序造成鋼板墻承受的軸向預壓作用等同于初始缺陷產生的影響。
　　4、對四種開洞鋼板墻的受力結果與相同狀況下的無洞口鋼板墻進行比較可知,由于邊緣構件的存在導致開洞鋼板墻的抗剪極限承載力高于普通無洞鋼板墻,且隨邊緣構件數量的增加其承載力也逐步提高,但承載力的提高是以結構的延性降低為代價;無洞口鋼板墻的延性遠優(yōu)于相同狀況下的開洞鋼板墻,且其塑性強化階段沒有出現(xiàn)類似開洞

5、鋼板墻應力-應變曲線存在的明顯下降段。
　　5、為了不降低開洞鋼板墻的水平抗剪能力,提出洞口側面補強鋼板的計算方法,并通過大量算例驗證采用補強后的開洞鋼板墻,其抗剪承載力沒有降低,為開洞鋼板墻計算模型(USMO模型)的提出做了鋪墊。
　　6、邊緣構件在開洞鋼板墻中處于重要的地位,直接影響到開洞鋼板墻的極限承載力與延性指標,如邊緣構件剛度選取過大則會招致過大的地震力而導致結構延性性能下降,如剛度過小則不能提供足夠的錨固力以實現(xiàn)

6、內填板拉力帶的形成,故通過對開洞鋼板墻中的計算各種參數進行變化,提煉出邊緣構件剛度對結構初始剛度的影響,以觀察邊緣構件參與抗側的份額來判斷其經濟、合理的剛度范圍,最終確定/I I處于6～8范圍內時,為最優(yōu)的邊緣構件的剛度比值。c co
　　7、對現(xiàn)有鋼板墻最佳計算模型USM進行研究分析,考慮開洞鋼板墻中邊緣構件的存在對其抗剪極限承載力及延性的影響,并對USM模型進行修正,提出適用于開洞鋼板墻的USMO計算模型,其形式同USM模型,

7、均由剪切作用部分與拉力場部分所組成,不同的是在拉力場部分增設一壓力桿,以模擬洞口處邊緣構件的存在導致結構承載力提高而延性下降的問題,剪切作用部分由于前述最小安全板厚的補強作用而無變化。
　　8、通過對單片開洞鋼板墻的的非線性單級與多級滯回分析,發(fā)現(xiàn)由于邊緣構件的存在而使開洞薄板墻沒有出現(xiàn)明顯的捏縮現(xiàn)象,變換多種參數以確定各種因素對開洞鋼板墻受力性能的影響;通過考察開洞鋼板墻的能量耗算系數、承載力退化系數等檢驗其在往復荷載作用下的耗

8、能能力及承載力的穩(wěn)定性,最終提出開洞鋼板墻的骨架曲線。
　　9、觀察開洞鋼板墻滯回分析全過程,明確提出開洞鋼板墻在受力破壞時存在的兩種不同的形態(tài),并對此兩種破壞形態(tài)進行分析,提出為滿足多道抗震設防的概念設計要求,應采用第I類破壞形態(tài)的延性設計,而應避免第II類破壞形態(tài)所帶來的滯后型延性設計。
　　10、總結開洞鋼板墻的基本設計流程,對一12層的單榀開洞鋼板墻框架進行初步設計(SW-Ce型),在滿足各項設計指標的情況下,采用三