新型阻尼耗能波纹钢板剪力墙体系抗震性能分析

作     者：杨傲 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭晓彤;满杰

授予年度：2019年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：波纹钢板剪力墙 软钢阻尼器 ABAQUS 抗震性能 滞回性能 

摘      要：钢框架-钢板剪力墙结构凭借其轻质、高强、延性好等特点,广泛应用于高层建筑中。但平钢板的面外刚度较小,在地震作用下易发生面外屈曲,造成刚度退化和承载力降低,不利于抗震。本文从两个方面对其进行改进:选用面外刚度更大的波纹钢板代替平钢板,抑制钢板的局部屈曲;引入软钢阻尼器,提高结构减震耗能的能力,从而提出了钢框架-新型阻尼耗能波纹钢板剪力墙体系（DCSW）。目前国内外学者已对波纹钢板剪力墙和软钢阻尼器进行了一系列研究,但将两构件同时应用于钢框架结构中的研究成果较少,对于DCSW这一新型钢框剪结构的承载力、延性、抗震性能的研究较匮乏,所以,开展DCSW结构的抗震性能研究具有重大的现实意义。本课题为探究波纹钢板墙和软钢阻尼器对结构抗震性能的影响,按照构件的不同设计了6种钢框剪结构,并建立了6榀有限元分析模型,利用ABAQUS有限元分析软件对模型进行一系列加载模拟。由6榀模型的单调静力推覆加载可知:波纹钢板剪力墙的抗侧性能优异,波纹钢板框剪体系比平钢板框剪体系的极限承载力最大可提高约23%,延性系数提高42%;但波纹钢板的放置方向（横波、竖波）对结构的抗侧性能影响较小。软钢阻尼器的引入可提高结构的抗侧性能,其中对延性和承载力的提升最高可达14.1%和6%。由6榀模型的低周反复加载模拟结果可知:采用波纹钢板作为内嵌墙体,结构的滞回曲线饱满,耗能能力较强,且钢板的面外变形较小,抗震能力优于平钢板剪力墙体系;本文设计的软钢阻尼器具有优异的滞回性能,且屈服位移较小,能够在主体结构进入屈服之前进行耗能,达到保护构件的目的,安装软钢阻尼器后,结构的滞回性能和极限承载力均有提升。为探究波纹钢板和软钢阻尼器的几何尺寸对结构抗侧性能的影响,对D-VCSW结构进行了变参数单调静力推覆加载分析,模拟结果表明:适当增加波纹钢板的板厚可提高结构的抗侧能力,但板厚不宜过大,对于D-VCSW结构,波纹钢板的高厚比宜控制在450-550;波纹钢板的波长和波幅也会影响结构的抗侧性能,其中波折长度和波长的比值应控制在1.15-1.4;软钢阻尼器腹板的开孔率和腹板厚度也会影响结构的抗侧性能,降低开孔率、增加腹板厚度,软钢阻尼器的阻尼增强,结构的抗侧能力随之提升,开孔率降至15%时抗侧性能最佳。本课题对钢框架-新型阻尼耗能波纹钢板剪力墙体系的抗侧性能和抗震性能进行分析,是对当前钢框架-钢板剪力墙的补充,为指导工程设计提供了理论参考,也为抗侧力体系进一步的研究奠定了基础。