半刚性连接轻钢框架-龙骨支撑体系抗侧力性能研究

Light-gauge steel partition is a normal building wall. The lateral force resistance is ignored because of its limit stiffness. The research results show that semi-rigid beam-column joints and light-gauge steel wall has considerable seismic performance. It is a new type lateral force resistance system when steel keel braced semi-rigid light steel frame. The lateral force resistance can not be ignored because of the flexibility of semi-rigid light-steel frame. Hysteric tests of reduced scale plane specimens of this new type lateral force resistance system were done. The results show that the semi-rigid connection contributes a great deal to the energy dissipation capacity of the structure system. The steel frame and light steel keel partition wall can work together. The structure has a good ductility. The keel wall can help increasing the lateral stiffness and bearing capacity of the structure. The lateral force resistance performance of semi-rigid light-steel real plane frame braced by steel keel will be studied by the experimental study. From this study, the mechanism of the semi-rigid light-steel frame work with the light steel keel, the failure mode of lateral force resistance plane system, the influencing factors of stiffness, bearing capacity and hysteretic behavior for the system will be obtained. Then the numerical simulation analysis will be done for the space system. From this study, the failure mode, the seismic response and the seismic behavior of the space system will be obtained. At last, quantitative analysis for the relationship between the influencing factors and the lateral force resistance system performance will be done.

轻钢龙骨隔墙是一种常见的建筑墙体，由于其刚度小，工程应用中一般忽略龙骨的抗侧力作用。研究表明，半刚性钢框架、轻钢龙骨墙体分别具有优越的抗震性能。半刚性连接轻钢框架柔性强，采用轻钢龙骨支撑，龙骨的抗侧力作用则不可忽略，是一种新型的抗侧力体系。本人前期对这种新型体系的缩尺平面试件进行低周往复加载试验研究，结果表明：钢框架可以与轻钢龙骨隔墙共同工作，结构具有较好的延性，轻钢龙骨可大幅提高半刚性钢框架结构刚度和承载力。本项目拟对半刚性连接轻钢框架与轻钢龙骨支撑平面体系进行足尺试验，对框架与龙骨作用机理，平面结构体系失效模式，影响平面抗侧力体系刚度、承载力、滞回性能等因素进行研究；进一步采用数值分析方法对这一空间抗侧力体系进行模拟，研究空间结构体系抗震性能及失效模式，模拟地震作用下空间结构响应。最终获得影响这一新型抗侧力体系性能的影响因素，量化其与抗侧力体系刚度、承载力及滞回性能之间的关系。

采用试验和数值模拟分析相结合的方法系统分析了半刚性钢框架-龙骨支撑体系的抗侧力性能，开展了以下工作。.一、对半刚性钢框架-轻钢龙骨隔墙体系性能试验研究进行分析总结，对受拉螺栓受力进行深入研究，提出龙骨选型、排布及连接方式。.二、对半刚性钢框架-钢管龙骨隔墙体系性能进行试验研究。获得龙骨参数对体系承载力、抗侧刚度、滞回性能的影响。分解隔墙抗侧力刚度，调整系数并考虑构件间协同工作，推导了结构刚度的简化计算式。.三、对半刚性钢框架-钢管龙骨隔墙体系性能进行数值模拟分析。获得相关因素对体系刚度、承载力、滞回性能的影响。.四、对2层单跨结构滞回性能进行数值模拟分析。对比分析刚性、半钢性、半刚性钢框架-轻钢龙骨支撑体系延性和滞回性能。.五、采用数值模拟方法。对上述三种体系的8层3跨空间结构进行多条地震波作用下的非线性时程响应分析。对比分析三种体系在地震作用下的位移、加速度时程响应。.研究表明：龙骨支撑的存在提高了体系的刚度、承载力和滞回性能，半刚性连接能在龙骨支撑体系发生屈曲或屈服后保持体系的稳定受力，二者互为补充；OSB板的存在大幅增强体系的刚度和承载力，但对体系的滞回性能、延性影响很小；适当减小方钢管间距可提高结构的刚度和承载力；过大的龙骨截面惯性矩会导致OSB板不能发挥作用；方钢管截面尺寸增大或截面惯性矩增大在一定范围内可以显著提高结构刚度、承载力和延性，但对结构的耗能性能影响不大；厚度大的方钢管不适宜应用在龙骨隔墙结构体系中；轻钢龙骨隔墙体系的刚度太大不利于结构整体的抗侧力发挥；横竖龙骨节点加强对提高结构的承载力并不显著，但可以有效的提高结构的延性及滞回性能；半刚性连接-轻钢龙骨隔墙结构体系层间位移角可符合设计要求，龙骨支撑的存在加强了体系的抗侧力性能，弥补了半刚性节点抗侧力不足的问题；合理设计的该体系能很好满足抗震设计要求，具有合适的抗侧刚度、承载力和滞回性能。