方钢管混凝土边框联肢钢板剪力墙结构抗震性能与设计方法研究

基本信息
批准号:51708448
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:马尤苏夫
学科分类:
依托单位:西安科技大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王先铁,代慧娟,屠冰冰,张帅飞,王展奇,石婷
关键词:
破环机制方钢管混凝土联肢钢板剪力墙耦联率性能设计
结项摘要

The severe plastic deformation by the overturning moment at the bottom of the steel plate shear walls will lead to the premature structural failure. In order to prevent this disadvantage, link several piers of steel plate shear walls by the coupling beams, a new composite structural system called concrete-filled square steel tubular frame-coupled steel plate shear walls is proposed. There is less study on the failure mechanism and design method of concrete-filled square steel tubular frame-coupled steel plate shear walls. In order to obtain the seismic behavior and performance-based seismic design of concrete-filled square steel tubular frame-coupled steel plate shear walls, achieve the realization of the multiple lateral resisting system, this project will focus on the hysteretic behavior, force transfer mechanism, and failure mechanism of this structure by experimental study, numerical simulation and theoretical analysis. Main parameters and its influence on the lateral stiffness, capacity, ductility, energy dissipation will be observed. The optimum degree of coupling for coupled steel plate shear walls in high earthquake hazard level zone will be presented according to the failure mechanism. The formula of lateral capacity of this structure based on the optimum degree of coupling and failure mechanism will be obtained. The performance-based seismic design method of concrete-filled square steel tubular frame-coupled steel plate shear walls based on the optimum failure mechanism will be presented. The results will offer technical support for the extensive application of this structural system.

水平地震作用下钢板剪力墙结构底部倾覆弯矩较大,常因过早发生塑性变形导致结构提前失效,通过沿墙体全高设置钢连梁将多片钢板剪力墙相互耦联,提出一种新型方钢管混凝土边框联肢钢板剪力墙结构。目前对该结构破坏机制和设计方法的研究较少。为揭示方钢管混凝土边框联肢钢板剪力墙的抗震性能,提出基于性能的抗震设计方法,实现多重抗震设防的目标,拟采用试验研究、数值模拟与理论分析相结合的方法,研究该结构的滞回性能、受力机理和破坏机制,明确影响结构刚度、承载力、延性和耗能能力的主要参数及其影响规律;分析方钢管混凝土边框联肢钢板剪力墙耦联率与破坏机制的关系,提出高烈度抗震设防区联肢钢板剪力墙耦联率的合理取值范围;基于理想破坏机制和塑性分析,建立方钢管混凝土边框联肢钢板剪力墙的承载力计算方法;提出方钢管混凝土边框联肢钢板剪力墙基于最佳破坏机制的性能设计方法。研究成果可为该结构体系的推广应用提供科学依据和技术支持。

项目摘要

钢板剪力墙结构应用于高层建筑中时,水平荷载产生的倾覆弯矩使边框柱存在较大的弯矩和轴力,导致边框柱截面过大。将两片钢板剪力墙通过钢连梁相连,组成联肢钢板剪力墙结构,连梁的耦联作用可提高体系抵抗倾覆弯矩的能力。为研究联肢钢板剪力墙结构的抗震性能与设计方法,完成了5个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验。试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,连梁与柱子的连接分别采用隔板贯通式焊接节点、穿芯螺栓节点和悬臂梁段-端板节点。钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土。得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析。采用有限元软件对联肢钢板剪力墙进行了数值模拟,研究了耦联率和连梁破坏形式对联肢钢板剪力墙受力性能的影响。.各国规范均要求钢板剪力墙设计时,不考虑钢板剪力墙的边缘框架抵抗水平荷载的贡献。但该方法设计的钢板剪力墙边缘框架截面尺寸较大,经济性差。基于联肢钢板剪力墙的破坏机制推导了联肢钢板剪力墙结构的承载力计算公式,根据公式得到了结构的超强系数。提出了考虑边缘框架抗侧贡献的联肢钢板剪力墙设计方法。基于该方法设计了不同层数、高宽比、竖向荷载和耦联率的36个原型结构,通过增量动力分析对原型结构进行了易损性和倒塌能力评估。基于评估结果,提出了合理的耦联率取值,并得到了对不同耦联率的联肢钢板剪力墙结构设计时,应采用的边缘框架抵抗水平荷载的比例。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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