開洞鋼板剪刀墻結(jié)構(gòu)的受力性能研究

開洞鋼板剪刀墻結(jié)構(gòu)的受力性能研究開洞鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)主要是由邊框架梁、邊框架柱、開洞的內(nèi)嵌鋼板、加勁肋和中柱等部分構(gòu)成。本研究采用ANSYS有限元軟件分別建立了不開洞鋼板墻、開門洞不帶中柱鋼板墻、開門洞帶中柱鋼板墻、開窗洞不帶加勁肋鋼板墻、開窗洞帶加勁肋鋼板墻的數(shù)值計算模型。首先參考前人所得到的實驗結(jié)果驗證了模型的正確性,然后對幾種模型作了比較研究,研究的主要成果如下:(1)對建立的五個數(shù)值計算模型做了彈性屈曲研究,得到了它們的前五階屈曲模態(tài)、面外變形圖和對應的前五階彈性屈曲荷載。結(jié)果表明:門窗洞的開設大幅度降低了鋼板剪力墻的彈性屈曲荷載;在門窗洞口周邊增設加勁肋(包括中柱)能使開門窗洞口鋼板剪力墻的彈性屈曲荷載提高;開設門窗洞口會導致鋼板剪力墻沿著洞口邊緣處的面外變形急劇增大;在洞口周邊增設加勁肋(包括中柱)可以使得洞口邊緣面外變形減小。(2)對上述五個數(shù)值計算模型作了單調(diào)加載的受力性能研究,深入研究了其靜力抗剪極限承載能力、初始抗側(cè)剛度、延性等受力性能指標,并且對單調(diào)加載過程中的應力和變形作了研究,最后針對開門洞和開窗洞鋼板剪力墻的靜力抗剪極限承載力做了相應的參數(shù)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn):門窗洞口的開設導致了鋼板剪力墻的初始抗側(cè)剛度的降低,還導致鋼板墻的極限承載力減小;增設中柱或者加勁肋可以明顯提高開門窗洞口鋼板剪力墻的初始抗側(cè)剛度和極限承載力;開窗洞鋼板剪力墻、開門洞鋼板剪力墻和不開洞鋼板剪力墻在達到屈服之前都主要依靠自身平面內(nèi)剛度和梁柱側(cè)向剛度來抵抗側(cè)向荷載,當達到屈服位移以后,內(nèi)填鋼板開始屈服,鋼板面開始向面外凸曲形成拉力帶來繼續(xù)承擔外荷載;不帶中柱的開門洞鋼板剪力墻和不加勁開窗洞鋼板剪力墻屈服時面外位移較大,可以達到不開洞鋼板墻的2-3倍;增設加勁肋(包括中柱)之后,開門窗洞口鋼板剪力墻屈服時面外位移可以減小到原來的44%-50%,而且拉力帶的發(fā)展情況明顯好轉(zhuǎn)。(3)對上述五個數(shù)值計算模型的自振特性進行了研究,分別得到了它們的前三階振型和前十二階自振頻率,通過研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):在鋼板墻上開門窗洞口對其自身振型有略微的影響;洞口邊緣加勁肋(包括中柱)的存在使得開洞鋼板剪力墻的振型與不開洞鋼板墻的振型非常相似;五個鋼板剪力墻模型的振型可以認為是從任意一種鋼板墻模型的振型演化得到的;門窗洞口的開設對鋼板剪力墻的自振特性影響不大;洞口邊緣加勁肋(包括中柱)的存在使得開洞鋼板剪力墻的自振頻率有比較明顯的提高,這是由于邊緣加勁肋、中柱使得鋼板剪力墻總體剛度增大而導致的。(4)對五個數(shù)值計算模型做了抗震性能研究,分別研究了它們的滯回曲線、骨架曲線、耗能能力(滯回環(huán)面積和粘滯阻尼系數(shù))。結(jié)果顯示:開設門窗洞口會提高鋼板剪力墻滯回曲