薄鋼板剪力墻多層結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析★

楊 林 袁任遠(yuǎn) 常永平

(1.國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心機(jī)械部，北京 100190； 2.河北聯(lián)合大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063000)

薄鋼板剪力墻多層結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析★

楊 林1袁任遠(yuǎn)1常永平2

(1.國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心機(jī)械部，北京 100190； 2.河北聯(lián)合大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063000)

利用ADINA分析程序建立了非線性有限元多層結(jié)構(gòu)分析模型，分析了其在地震作用下的受力破壞特征及抗震性能，指出薄鋼板剪力墻能夠有效的提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

剪力墻，薄鋼板，有限元

1 計(jì)算模型

在文獻(xiàn)[1]的基礎(chǔ)上，本文通過采用ADINA程序，對(duì)鋼筋混凝土框架鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性反應(yīng)分析，設(shè)計(jì)了1∶4分析模型，相似系數(shù)見表1。試驗(yàn)中選用1940年El Centro(NS)地震波作為該模型的地震動(dòng)輸入，并采用C30混凝土,換算后的模型峰值加速度見表2，其薄鋼板剪力墻參數(shù)見表3。

表1 模型的相似系數(shù)

表2 模型/原型峰值加速度 gal

表3 薄鋼板剪力墻參數(shù)表

2 抗震性能分析

圖1和圖2分別為8度罕遇320 gal時(shí)的頂層相對(duì)基礎(chǔ)加速度時(shí)程曲線和頂層相對(duì)位移時(shí)程曲線對(duì)比圖。首先，通過對(duì)加速度進(jìn)行分析，可知，在不同板厚不同烈度的情況下，隨鋼板厚度或烈度的增大，其加速度反應(yīng)也越大。而其中有些數(shù)值不呈現(xiàn)這一規(guī)律，這是因?yàn)樵撛嚰诘卣鹱饔孟缕茐妮^早，試件承受地震波的時(shí)間較短造成的。同時(shí)，從圖1加速度時(shí)程曲線圖上可以明顯的看到，在地震波加速度峰值為320 gal的情況下，試件MCFW-0只經(jīng)歷了3.82 s的地震動(dòng)持時(shí)就發(fā)生了破壞，而MCFW-0.50truss則經(jīng)歷了整個(gè)地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間5.60 s而未發(fā)生整體破壞，這就說明MCFW-0.50truss具有良好的延性、承載力和抗震性能。然而，試件MCFW-0各層的加速度反應(yīng)和位移反應(yīng)同其他試件相比大大增加，而且隨地震持時(shí)的增長，其地震反應(yīng)越來越大。分析原因，是因?yàn)镸CFW-0在地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生了塑性變形，局部出現(xiàn)損傷而使得結(jié)構(gòu)的自振頻率大大降低。而降低后結(jié)構(gòu)的頻率正好和輸入地震波基頻相同，因而導(dǎo)致類共振現(xiàn)象發(fā)生，從而使得加速度和位移反應(yīng)增大。其次，從圖1，圖2中也可看到，隨樓層數(shù)的增加，相對(duì)位移值逐漸增大，頂層的相對(duì)位移值最大。且隨鋼板厚度的增加，相對(duì)位移值越小。這是因?yàn)殇摪逶胶瘢w剛度越大，越近乎剛體，上部結(jié)構(gòu)位移變形越小。

圖3和圖4分別為MCFW-0.50truss在7度大震作用下，彈性變形階段以及塑性變形階段結(jié)構(gòu)振型圖。可以看到，在結(jié)構(gòu)未發(fā)生塑性變形前，結(jié)構(gòu)整體按第一振型變化，塑性變形后結(jié)構(gòu)則呈現(xiàn)第二、第三等更多高階振型。

表4列出了各工況試件最大層間位移角值。其中，除了MCFW-0在8度和9度罕遇地震時(shí)的層間位移角達(dá)到1/11和1/2之外，其余各工況均滿足GB 50011-2001中要求。可見，添加了薄鋼板之后的框架結(jié)構(gòu)體系與純框架結(jié)構(gòu)體系相比，能有效控制結(jié)構(gòu)的層間位移角，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。此外，通過對(duì)模型應(yīng)力應(yīng)變分析表明，試件在地震波作用下，其桿件應(yīng)力和應(yīng)變隨鋼板厚度的增大而變小；同種試件隨地震烈度的增大而增大。特別是在9度大震的情況，所有試件的桿件應(yīng)力均超過215 N/mm2，鋼板均發(fā)生屈服。部分試件發(fā)生破壞時(shí)的塑性曲率如圖5所示。

表4 最大層間位移角

3 結(jié)語

本文在薄鋼板剪力墻多層結(jié)構(gòu)ADINA非線性分析模型的基礎(chǔ)上，通過對(duì)其各層加速度、位移、位移角以及應(yīng)力應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行分析表明，采用本文的薄鋼板組合剪力墻能夠有效的提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

注：第二作者對(duì)本文的貢獻(xiàn)等同于第一作者。

[1] 楊 林,蘇幼坡.鋼筋混凝土框架薄鋼板組合剪力墻滯回特性有限元分析[J].工程抗震與加固改造，2005,27(3):8-16.

[2] 蘇幼坡,劉英利.薄鋼板剪力墻抗震性能實(shí)驗(yàn)研究[J].地震工程與工程震動(dòng)，2002,22(4):81-84.

Seismic behavior analysis of multi-storey thin steel-plate shear wall★

YANG Lin1YUAN Ren-yuan1CHANG Yong-ping2

(1.PatentExaminationCorporationBeijingCenterofSIPO,Beijing100190,China;2.CollegeofCivilandArchitecturalEngineering,HebeiUnitedUniversity,Tangshan063000,China)

An ADINA nonlinear finite element multi-storey model was established in this paper, and the load-carring capacity, seismic behavior under earthquake load were analyzed in detail, pointed out that the thin steel-plate shear wall could effectively improve the seismic performance of the structure, had broad application prospect.

shear wall, thin steel-plate, FEM

1009-6825(2014)30-0057-02

2014-08-19★：河北理工大學(xué)科學(xué)研究基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：Z0820)

楊 林(1978- )，男，博士，副研究員； 袁任遠(yuǎn)(1984- )，男，碩士，助理研究員； 常永平(1979- )，女，碩士，講師

TU973.16

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