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1、 钢框架内填钢板剪力墙抗侧力体系性能研究 摘 要：本文研究了内填钢板支撑剪力墙结构的特点及性能，对体系进行建模并实施对其线弹性有限元分析，得出由于外包混凝土对内填钢板支撑的约束作用，可以大大提高其稳定性及刚度。同时通过对结构模型一些几何参数的变化研究其对结构工作性能的影响，得出关于内填钢板支撑剪力墙的屈曲性能、刚度提高状况和工作稳定性等的相关结论。关键词：钢框架；抗侧力体系；屈曲性能；有限元分析；试验模拟近几年，钢结构建筑相比于砖混结构建筑在环保、节能、高效、工厂化生产等方面具有明显优势而广泛应用于建筑中。然而在福建的应用很少。目前也没有出台有关高层建筑剪力墙混合结构的抗震设计规程或规范，对其
2、抗震性能研究也尚不够充分与完善，存在的主要抗震性能问题没能很好地解决。本课题研究的是对内填钢板剪力墙的稳定性能以及抗震性能研究分析。目前国内关于此类结构的研究处于初始阶段，其相关文献非常之少。为了确保这类结构的抗震安全性、减轻地震灾害，对这种结构的抗震性能和设计方法开展系统和深入的研究已是工程的迫切需要。1 理论分析（1）通过分别对内填钢板剪力墙以及钢框架。内填钢板支撑剪力墙的建模，研究分析得出内填钢板剪力墙的屈曲模态及屈曲荷载，以及内填钢板支撑剪力墙的包括自振频率、结构振型等的动力特征和结构的抗震性能。课题着重对模拟实际建筑结构的钢框架内填钢板支撑剪力墙体系进行小震作用下的线弹性反应分析和罕
3、遇地震作用下的弹塑性时程分析，并对该结构体系与其他抗侧力结构体系进行计算分析对比，从而得出该结构体系的工作性能的优异点。（2）通过进行有限元动力分析，比较分析得到其在动力特性（周期、振型等方面）的变化，总结结构在动力性能方面的变化；并通过进一步调整影响其工作机能的相关参数研究内填钢板支撑剪力墙钢框架结构在小震、大震等不同工作状况下的抗震机能。2 试验方法和步骤（1）屈曲性能分析：结构线性临界荷载值，然后以第一阶屈曲模态为依据对结构施加初始缺陷。先定义约束系数，对一字形截面钢板进行支持试验。为2%记录构件轴向荷载与轴向应变全过程曲线，并得到对应于2%轴向应变的最大抗压承载力P。对不同约束系数=0
4、.54、=1.09、=2.1、=2.96分别记录抗屈曲支撑的荷载力比值）应变全过程曲线进行对比，所得最大荷载水平即为所求整体屈曲临界荷载。（2）结构抗震性能模型分析：采用SAP2000进行建模，将结构模拟成无限刚度，不考虑材料非线性和几何线性和不考虑围护构件对主体结构的影响。结构模拟计算有结构形式及构造特点、分析精度要求和计算容量来确定。材料阻尼选8%，结构质量有结构方案和材料特征有程序自动计算。楼面荷载为2kN/m2計算。通过模态分析，得到框架各阶频率模型。分析不同频率下产生的应力、变形和位移，再利用结构振动模态分析结构动力特征。得到各楼层的最大位移对结构从强到及变形两方面进行安全性检验。（
5、3）塑性抗震性能分析：用动力分析作为各种简化计算方法的比较标准。按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，相比弹性分析中的振型分解反应谱法和POA方法。对于质量与刚度明显不对称、不均匀的结构，应考虑双向水平振动和楼面扭转的影响：此时，楼面除有质量mi，（mi，为结构第i层的等效质量）外，还有转动惯量Ij对振动产生影响，这相当于协同工作计算法考虑了楼面转动时的情况。（4）利用PKPM结构分析软件，在PMCAD中结合实际工程的建筑图纸建立模型。SATWE模块会自动提取PMCAD所需要的数据，结合当地的地质情况进行抗震分析。结合动
6、力学理论，研究对比各个结构的层间位移、平均位移、层间位移角，从而具体分析每种抗侧力体系的实际抗侧力性能，可能影响性能的一些外在因素。3 技术关键及其解决办法该项目的研究成果是否具有可指导性，关键在于特征值屈曲分析方法考察钢板及剪力墙各个参数对结构构件工作性能的影响计算的准确性。本项目主要采用SAP2000有限元软件进行分析，由于其对剪力墙的非线性分析和塑性铰的指定没有其他有限元软件更有效，所以在线弹性下的工作性能和钢框架梁柱钢板支撑的塑性状态变化，对于剪力墙在出现塑性状态逐渐破坏之后对钢板支撑的影响的变化需要严谨处理进一步的研究。4 总结通过建模模拟试验研究分从理论方面对抗侧力体系的受力性能进
7、行分析，进一步获知内填钢板支撑剪力墙结构体系在多遇地震作用下的抗震性能及工作机理。试验结果揭示了钢板墙的极限承载力、延性和滞回性能的变化规律，为钢板剪力墙规范以屈曲后强度为设计准则提供了理论和试验依据。直接影响钢框架结构在多高层应用的广泛性和服务年限。研究以福建实际地质情况为依托，研究结果具有一定的科研价值和实践指导意义，将为今后的理论研究及地质地震情况提供理论依据，使得钢框架结构水平抗侧力的刚度和稳定性进一步得到保证。参考文献1 戴绍斌，余欢，黄俊；填充墙与钢框架协同工作性能非线性分析J；地震工程与工程振动；2005年03期2 刘肖凡，彭少民，李嵩峰；钢框架砌体围护体系试验研究及有限元分析J
8、；武汉理工大学学报；2004年12期3 李国强，方明霁，刘宜靖，陆烨；钢结构住宅体系加气混凝土外墙板抗震性能试验研究J；土木工程学报；2005年10期4 丁戈；土坯填充墙钢框架抗侧性能有限元分析D；西安建筑科技大学；20115 吴元莅；带土坯墙低层住宅钢框架结构体系抗侧力性能的理论研究与在农村住宅中的应用D；西安建筑科技大学；20116 李国华；郁银泉；顾强；钢框架内填混凝土墙结构体系有限元分析J；四川建筑科学研究；2007年05期7 蒋首超，李国强，叶绮玲. 火灾下钢框架结构非线性反应分析与试验研究J工业建筑， 2004，（08）8 刘肖凡，彭少民，李嵩峰；钢框架砌体围护体系试验研究及有限元
9、分析J；武汉理工大学学报；2004年12期9 李宏男，结构多维抗震理论M，北京：科学出版社，200610 彭俊，罗永坤，彭地，结构动力学、抗震计算与SAP2000应用M，成都：西南交通大学出版社，200711 Emori Katsuhiko.Compressive and shear strength of concrete filled steel box wallJ.Steel Structures，2002，26（2）：29-4012ZHANG Xunan，Wang Dong，Jiang Jiesheng； The Controlling Mechanismandthe Controlling Effectiveness of Passive Megasubcontrolled frame Subjected to Random Wind LoadsJ. M；Journal of Sound and Vibration； 2005 3作者简介庄燕如（1987-），女，汉族，福建省泉州市，本科，助教，研究方向：建筑电气工程。endprint-全文完-
