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摘要
联肢钢板剪力墙是用连梁将两片钢板剪力墙连接起来形成的一种新型抗侧力体系。联肢钢板墙通过连梁与墙肢的相互作用,抵抗倾覆弯矩的能力和抗侧刚度得到提高。连梁是影响联肢钢板剪力墙抗震性能的关键构件,耦联比是衡量墙肢相互作用的重要参数。因此提出以耦联比为控制指标的设计方法,分别以20%、40%和60%的耦联比设计了3个20层的钢框架-联肢钢板墙结构。利用ABAQUS软件建立结构有限元模型,振型分解反应谱分析的结果表明:这三个模型的各项结构性能指标差别在5%以内,说明在设计地震剪力相同的情况下,采用以耦联比为控制指标的设计方法,可以设计出满足预期结构性能指标的钢框架-联肢钢板墙结构,且耦联比会影响联肢钢板墙的用钢量。联肢钢板剪力墙中,边框柱的用钢量远大于其他构件的用钢量。当设计地震剪力相同时,随着设计目标耦联比增大,连梁设计截面增大,连梁与墙肢的相互作用加强,可以减小内嵌钢板厚度,从而减小边框柱截面尺寸。而连梁的剪力和弯矩会随耦联比的增大而增大,连梁剪力增大会减小与之相连的边框内柱的轴力,但连梁弯矩增大会加大边框内柱的弯矩。因此耦联比增大到一定程度后,按压弯构件设计的边框内柱截面尺寸可能会不减反增。这3个模型中,40%耦联比模型的用钢量最少,经济性最好。选取7条地震波对这3个模型进行了时程分析。在多遇地震下,3个模型的基底剪力平均值基本相同。在罕遇地震下,40%耦联比模型的基底剪力平均值最大,层间位移角平均值却最小,说明结构进入塑性的程度较小,刚度退化没有另外两个模型明显。罕遇地震作用下,3个模型都是钢板首先进入塑性,耦联比越小,连梁的塑性发展就越深入;耦联比越大,钢板的塑性发展就越深入。60%耦联比模型的塑性耗能较大,其钢板的最大等效塑性应变远大于另外两个模型的,而连梁仍保持弹性。由单一构件耗能对钢材的塑性要求较高,因此20%和40%耦联比模型的构件塑性发展更为合理。给模型施加倒三角分布模式的水平荷载,进行静力弹塑性分析,得到基底剪力-顶层位移角曲线和刚度-顶层位移角曲线。根据构件的屈服顺序将推覆全过程曲线划分为8个阶段。观察全过程曲线可知,这3个模型的破坏顺序为:钢板屈服→连梁屈服→框梁梁端屈服→框柱柱脚屈服,说明3个钢框架-联肢钢板墙模型都具有良好的延性,符合结构设计性能目标。
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