半刚接钢框架—钢板剪力墙结构滞回性能有限元分析.docVIP

半刚接钢框架—钢板剪力墙结构滞回性能有限元分析 　　摘 要：为研究半刚接钢框架钢板剪力墙结构（Partiallyrestrained Steel FrameSteel Plate Shear Wall）的抗震性能，利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了低周往复荷载作用下梁柱半刚性连接对强、弱框架SPSW结构滞回性能、承载力、刚度、耗能能力的影响。分析结果表明：SPSW结构的滞回曲线具有双重特征，当周边钢框架较强时，滞回曲线趋于饱满；当内填剪力墙板较强时，滞回曲线趋于捏缩。随着节点抗弯承载力的增加，强、弱框架的SPSW结构的滞回性能趋于饱满，耗能能力增强，水平承载力呈增大趋势，但对强框架SPSW结构的影响程度大于弱框架SPSW结构。节点抗弯承载力对强框架SPSW结构的抗侧刚度影响较大，对弱框架SPSW结构抗侧刚度影响相对较小。 　　关键词：半刚性连接；等效拉杆模型；钢板剪力墙；滞回性能；有限元分析 　　中图分类号：TU392.4 文献标志??：A 文章编号：16744764（2012）05007007 　　1994年美国Northridge地震、1995年日本阪神地震均暴露出传统梁柱抗弯节点因转动能力不足而产生的脆性裂缝，导致了震后的大规模修复。随后工程界对此展开了大量的研究工作，并提出了一系列解决措施，主要分3个方面：1）对原有传统节点构造进行简单的局部改进，如移除焊接衬板，或对焊接衬板和柱翼缘实施补焊等。2）对梁端局部截面进行削弱处理，确保塑性铰出现在梁的削弱部位，如“狗骨式”节点作法。3）直接加强节点以保证“强节点弱构件”，如在连接处梁翼缘加盖板或梁腋。采用第1种措施改进后的传统节点仍达不到塑性转动能力的要求。“狗骨式”节点、焊接盖板节点、焊接梁腋节点塑性转动能力虽然满足要求，但施工复杂、造价提高[1]。 　　钢板剪力墙结构（Steel Plate Shear Wall， 简称SPSW）由钢框架及钢剪力墙板构成[210]，周边的钢框架主要承担竖向荷载和绝大部分倾覆力矩，剪力墙板承担绝大部分水平荷载，提供较大的抗侧刚度，但已有试验研究发现刚接节点仍易发生断裂破坏。将半刚性连接引入至钢板剪力墙结构中，既可避开结构对刚性节点转动能力的要求，避免了节点的脆性断裂，又降低了节点造价，方便施工。为了探讨半刚接钢板剪力墙结构的抗震性能，本文结合文献[11]所做的3层薄钢板剪力墙结构的低周往复加载试验，基于等效拉杆模型[1215]对半刚接钢板剪力墙结构的滞回性能进行了分析，重点考察了半刚性连接、框架强弱相关因素对钢板剪力墙结构抗震性能的影响。〖=D（〗 孙国华，等：半刚接钢框架钢板剪力墙结构滞回性能的有限元分析〖=〗1 有限元模型的验证与分析 　　1.1 有限元模型的建立 　　采用等效拉杆模型模拟钢板剪力墙的滞回性能，钢框架梁、柱采用纤维模型模拟，内填墙拉杆采用只拉不压的纤维模型模拟，恢复力模型见图1。 　　模拟曲线可以反映加载刚度的衰减，但未能反映卸载刚度的衰减。从整体趋势上模拟的骨架曲线同试验吻合良好，可采用等效双向拉杆模型模拟薄SPSW结构的滞回性能。 　　1.3 SBASE试件的滞回性能分析 　　钢板剪力墙结构由钢框架同内填剪力墙板构成，为了细致地分析SBASE试件滞回曲线的特点，本文分别给出将梁端、底层柱根部设为铰接的SPSW滞回曲线（用于反映剪力墙板的贡献），以及周边刚接钢框架的滞回曲线（用于反映钢框架的贡献），详见图4。 　　由图4可知，钢框架结构的滞回曲线呈饱满的梭形特征，而铰接SPSW结构的滞回曲线呈现严重的捏缩效应。这进一步反映了由钢框架同内填钢板组合而成的SPSW结构滞回曲线具有双重特点，当周边钢框架较强时，滞回曲线由框架滞回特征决定，形状趋于饱满；当内填剪力墙板较强时，滞回曲线由剪力墙板特征决定，形状趋于捏缩。 　　本文还提取了以SBASE为基础的刚接SPSW、铰接SPSW、刚接钢框架3种模型的单向骨架曲线，用于定量分析各部分水平剪力的相对比例，来界定SPSW结构钢框架的强弱。 　　图5给出了3种模型的骨架曲线，图6描述了基于3种模型分析的钢框架及剪力墙板水平剪力的分担比例。 　　由图5可以看出，在同一顶点位移时刻的铰接SPSW和刚接钢框架结构水平剪力之和大于同时刻的刚接SPSW结构。在顶点位移比2%时刻，超过6.2%。 　　为了进一步反映钢板剪力墙结构中各部分的贡献，图6给出了两部分所承担的水平剪力与刚接SPSW的比值。由于SBASE试件周边钢框架设计的相对较强，其水平承载力主要由钢框架提供，内填剪力墙板在初期承担约40%的水平剪力，周边钢框架承担约60%，后期略呈增大趋势。 　　下文细致地分析了周边钢框架在强、弱两种情况下，半刚性连接对SPSW结构滞回性能的影响。2 半刚性连接对强框架