半刚接钢框架-双层夹芯薄钢板剪力墙结构的数值模拟

摘要

近年来，随着城市建设的快速发展，建筑物建造的高度越来越高对建筑物结构体系的要求也越来越高。钢板剪力墙具有较好的侧向刚度和极限承载能力以及良好的耗能能力在国内外得到了广泛的应用。钢板剪力墙有以下几种形式:非加劲薄钢板剪力墙、非加劲厚钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙、两侧开缝的钢板剪力墙、压型钢板剪力墙以及低屈服点钢板剪力墙等。
　　本文依据薄钢板屈曲后强度的原理提出双层夹芯薄钢板剪力墙结构，可以利用钢板屈曲后强度充分利用钢板性能使得结构具有良好的承载力。两片钢板中间填塞隔热、保温、隔音等材料可以实现建筑和使用功能要求，再将钢板与半刚性钢框架相连可以形成双重抗侧力体系。
　　本文通过ANSYS有限元分析软件对半刚接钢框架-双层夹芯薄钢板剪力墙的整体性能进行分析。通过框架柱的刚度、钢板的高厚比、钢板的跨高比等参数改变，得到参数变化对结构抗侧承载力和钢板承担剪力比例两个方面的影响，进而得到结构的荷载-位移曲线、应力云图和结构变形图。结果表明，适当的框架柱能够对双层钢板提供足够的约束使得钢板的拉力带能够充分发展对提高剪力墙的承载力有利，同时也能够体现框架作为第二道抗侧力体系的理念。钢板的承载力随着钢板高厚比的增大而减小，选取合适厚度的钢板既能够提供足够的承载力又能充分发挥钢板的性能。钢板的承载力随着钢板跨高比的增大而增加选取合适的钢板跨度对钢板墙在结构中的应用有重要的意义。
　　此外对结构进行了往复加载的有限元分析，得到结构的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能等，从而对半刚接钢框架-双层夹芯薄钢板剪力墙的抗震性能提出一些理论研究成果。结果表明结构的承载力高、刚度大，在循环荷载作用下结构的滞回曲线饱满、耗能值大、延性系数大，因此结构具有良好的抗震性能。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 半刚性钢框架简介和研究现状

1．2．1 半刚性连接的国外研究现状

1．2．2 半刚性连接的国内研究现状

1．3 钢板剪力墙结构与研究现状

1．3．1 钢板剪力墙的国外研究现状

1．3．2 钢板剪力墙的国内研究现状

1．4 本课题的研究意义与内容

1．4．1 本课题的研究意义

1．4．2 本课题的研究内容

第二章 半刚性连接特性及有限元分析理论

2．1 半刚性连接的特性和形式

2．1．1 半刚性连接的特性

2．1．2 半刚性连接形式

2．2 有限元基本理论

2．2．1 结构分析

2．2．2 非线牲方程组的数值解法

2．3 计算钢板剪力墙屈曲后强度的极限剪力

2．3．1 钢板剪力墙的极限抗剪承载力

2．3．2 双层薄钢板剪力墙结构极限抗剪承载力的计算

第三章 半刚接钢框架-双层夹芯薄钢板剪力墙结构参数分析

3．1 单元选取

3．1．1 壳单元Shell181

3．1．2 弹簧Combin39

3．2 几何模型的建立

3．3 梁柱半刚性节点的弯矩-转角(M-θr)关系

3．3．1 半刚性连接的数学模型

3．3．2 双腹板项底角钢的计算

3．3．3 计算半刚性连接的弯矩-转角关系曲线

3．3．4 半刚性节点的模拟

3．5 框架柱刚度变化

3．5．1 模型筒介

3．5．2 承载力分析

3．5．3 剪力分配分析

3．5．4 应力发展

3．5．5 结构变形

3．6 高厚比变化

3．6．1 模型简介

3．6．2 承载力分析

3．6．3 剪力分配分析

3．6．4 应力发展

3．6．5 结构变形

3．7 跨高比变化

3．7．1 模型简介

3．7．2 承载力分析

3．7．3 剪力分配分析

3．7．4 应力发展

3．7．5 结构变形

3．8 本章小结

第四章 半刚接钢框架-双层夹芯薄钢板剪力墙结构的抗震性能分析

4．1 抗震性能指标

4．2 有限元模型的建立与加载

4．2．1 有限元模型的建立

4．2．2 有限元模型的加载方式

4．2．3 有限元模型的加载机制

4．3 结构整体性能分析

4．3．1 滞回曲线

4．3．2 骨架曲线

4．3．3 耗能能力

4．3．4 延性性能

4．3．5 承载力退化

4．3．6 刚度退化

4．3．7 内力分配

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况