開洞開縫鋼板剪力墻的試驗與理論研究

左詠梅 高超歌 李雅珂

摘要：開縫鋼板剪力墻是一種新型的抗側力組件。本文利用有限元軟件ansys對6個不同厚度內填板，比例為1：3的單層單跨開洞開縫鋼板剪力墻進行了非線性有限元分析.試驗結果表明：內填板高厚比對滯回曲線的影響較小，但隨著的增大，剪力墻的耗能效率增大。

Abstract： Steel plate shear wall（SPSW） is a new lateral force resisting system. In this paper， finite element software ansys is used to conduct nonlinear finite element analysis of six single-span single-spanned open shear wall with a ratio of 1： 3. The result indicates that height-thickness ratio of the fill in plate has small influence in the hysteretic curve. With the increase of the high-thickness ratio， the energy dissipation efficiency of the shear wall increases.

關鍵詞： 高厚比；滯回曲線；耗能效率

Key words： high thickness ratio；hysteretic curve；energy efficiency

中圖分類號：TU399 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0127-02

0 引言

開縫鋼板剪力墻作為一種很好的的耗能組件，通過在墻板上開設豎縫，將整塊鋼板分割成不同區域，并主要利用縫間墻肢受力形成的塑性鉸來消耗地震產生的能量。墻板依靠塑性鉸的變形能力，來吸收地震帶來的強大破壞性能量。

本文通過對開洞開封鋼板剪力墻試驗的觀察，基于相關理論研究，研究了內填板的高厚比對開洞開縫鋼板剪力墻的滯回性能的影響，為以后開洞開縫鋼板剪力墻的相關抗震設計提供幫助。本文的主要研究內容為：

①利用有限元軟件Ansys模擬開洞開縫鋼板剪力墻的循環擬靜力加載試驗。模型與實際比例為1∶3。

②全采用殼單元shell181來建立模型的梁、柱和內填板。進行鋼板剪力墻模型的非線性有限元分析。

③通過設置不同的內填板高厚比，做開洞開縫鋼板剪力墻的滯回性能分析，得到荷載一位移滯回曲線和耗能性能，分析內填板高厚比對剪力墻的滯回性能和耗能效率的影響。

1 模型內填板的設計

利用Ansys對表1中的試件進行了數值模擬分析。

2 有限元模型建立

模型全部采用shell181單元建模，由于需在柱子頂端施加豎向集中荷載，有可能導致柱頂板局部變形過大，所以將柱頂板所有節點的豎向自由度U進行耦合；需在梁對應處的左柱外翼緣施加水平往復荷載，所以將梁對應的左柱外翼緣上所有節點的水平自由度UX進行耦合，防止外翼緣局部變形過大。有限元模型的底部完全嵌固，并約束梁腹板中部墻面外的位移（見圖1）。鋼材應力應曲線考慮采用強化和下降段的三折現模型，材料的彈性模量E=2.05×105N/mm2，泊松比ν=0.3，鋼材的屈服強度σy=296.8N/mm2，屈服應變εy=0.144%，抗拉強度σu=470N//mm2。加載制度根據《建筑抗震試驗規程》（JGJ/T 101-2015）的規定，模型屈服后按屈服位移的一倍、二倍、三倍……進行加載，每級荷載循環2次。

3 模型與試驗結果對比

GJ-1試件的數值分析數據與試驗中HD1-1試件的試驗結果基本相符，誤差在10%以內，有限元建模合理。

4 數值分析結果

利用有限元軟件ansys得到墻頂點在循環荷載下的荷載-位移曲線（滯回曲線）見圖2-圖7，及內填板高厚比對耗能性能的影響見表2。

5 總結

①以上六種不同內填板高厚比模型的滯回曲線都很飽滿，這幾種帶縫鋼板剪力墻都具有良好的滯回性能。隨著λ的減小（t的增大）承載力略有增加。

②當高厚比λ=500，λ=400，λ=1000/3，λ≥250時，按分類屬于薄板，滯回曲線的“捏縮效應”隨的減小逐漸減弱；當λ=500/3，λ=125時屬于厚板，滯回曲線的“捏縮效應”并沒有隨的減小而減弱，不論薄板還是厚板，滯回曲線都略有“捏縮效應”。所以，內填板的高厚比對滯回曲線的影響并不大。開洞開縫鋼板剪力墻不可僅按的大小來分，還應考慮其薄厚。

③從表2可看出模型的耗能系數E幾乎都大于2，表明模型具有良好的耗能能力。也可看出滯回環的面積隨的減小而增大，即結構的耗能性能增加。當λ較大時，λ對滯回環面積（耗能E性能）的影響較小；λ較小時，λ對滯回環面積（耗能性能E）的影響變大。但總體上耗能系數E隨入的增大而增大，說明隨著的增大，剪力墻耗能的效率增大。

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