T型肋加劲低屈服点钢板剪力墙抗震机理及滞回模型研究

Low yield strength steel plate shear wall provides a better solution of ductility aseismic behaviors for tall and super-tall building structures, combing high-performance material and high-performance structure, and also bearing member and the energy dissipation element. Closely following the idea of "material → component → structure", the project achieves the following objectives: ①Complete the cyclic constitutive tests of low yield strength steel under various loading system, and then determine the cyclic constitutive models; And conduct three T type rib stiffened low yield strength steel plate shear wall scale model pseudo static tests; ②Establish 3D numerical simulation approach for the whole process of low yield strength steel plate shear wall under cyclic loading; ③Carry out the key impact factors research of seismic performance of T type rib stiffened low yield strength steel plate shear wall; ④Propose an equivalent hysteretic model of low yield strength steel plate shear wall, then develop spring/truss elements based on the platform of ABAQUS, and implement the generalized demand of equivalent hysteretic model; ⑤Give the determining method of key design parameters and optimization arrangement of T type ribs of T type rib stiffened low yield strength steel plate shear wall. The above works achieve the goal to use spring/truss element model to simulate the complex hysteresis behaviors of low yield strength steel plate shear wall, develop an accurate and efficient overall structure seismic analysis method, and lay a theoretical basis for seismic performance evaluation system of low yield strength steel plate shear wall structure.

低屈服点钢板剪力墙结构将高性能材料和高性能结构，承重构件和耗能元件相结合，为高层及超高层建筑结构延性抗震提供很好的解决方案。紧密围绕“材料→构件→结构”的研究思路，①完成低屈服点钢材在多种加载制度下的循环本构试验，确定低屈服点钢材循环本构模型；并完成3个T型肋加劲低屈服点钢板剪力墙模型拟静力试验；②建立低屈服点钢板剪力墙结构循环荷载作用下受力全过程三维数值模拟方法；③开展T型肋加劲低屈服点钢板剪力墙结构抗震机理关键影响因子研究；④提出低屈服点钢板剪力墙结构等效滞回模型，基于ABAQUS平台二次开发弹簧/杆系单元，实现模型的通用化需求；⑤提出T型肋加劲低屈服点钢板剪力墙关键设计参数的确定方法和T型肋优化布置方式。上述工作将实现利用弹簧/杆系单元模型模拟低屈服点钢板剪力墙结构复杂滞回行为，发展一种准确、高效的整体结构抗震分析手段，为低屈服点钢板剪力墙抗震性能评价体系奠定理论基础。

基于高层和超高层建筑的迅速发展以及强烈地震频发的灾难现状，发展高效、高抗震性能的新型钢结构体系及其设计方法十分迫切。提出的“高性能材料与高性能结构相结合，承重构件与耗能元件相结合”的T型肋加劲低屈服点钢板剪力墙结构为高层及超高层建筑结构延性抗震提供了优质解决方案。本研究紧密围绕“材料→构件→结构”的研究思路，进行了循环荷载下低屈服点钢材试验研究，并获得低屈服点钢材循环本构模型；提出了低屈服点钢板剪力墙精细三维全过程数值预测方法；开展了不同改进形式钢板剪力墙滞回性能研究；进行了T型肋加劲低屈服点薄钢板剪力墙滞回行为研究；提出了低屈服点钢板剪力墙改进型等效滞回理论模型，同时利用ABAQUS软件平台进行二次开发，将提出的等效恢复力模型与杆系模型集成，实现模型的通用化需求；开展了低屈服点钢板剪力墙结构边缘框架作用研究；进行了低屈服点钢板剪力墙结构内嵌钢板剪力分配研究。.研究成果实现任务书中的预期目标，解决了任务书中提出的关键技术问题，为进一步建立低屈服点钢板剪力墙结构的抗震性能评价体系奠定坚实理论基础，具有重要的理论及应用推广价值。其中，试验结果表明低屈服点钢材的抗震性能十分优越，试验数据为低屈服点钢材的后续工程应用研究提供重要数据支持；提出的材料本构模型为后续研究低屈服点钢板剪力墙结构的抗震受力行为提供必要条件；提出的三维建模方法为低屈服点钢板剪力墙的数值分析提供必要手段，同时能够有效补充试验数据，为提出相应的设计方法提供重要的数据支持；开展的不同改进构造形式钢板剪力墙受力行为研究及T型肋加劲低屈服点薄钢板剪力墙滞回行为研究为工程实际应用提供抗震策略建议；提出的等效本构模型为发展兼顾计算精度和计算效率的整体结构非线性动力时程分析方法提供解决方案；获得的边缘框架柱柔度系数限值为低屈服点钢板剪力墙结构的边缘框架柱设计提供必要条件；量化不同宽高比、高厚比及柱柔度系数的内嵌钢板所承担的剪力比例为低屈服点钢板剪力墙的优化设计提供重要依据。