開不同位置方形洞口波紋鋼板剪力墻抗側性能

王玉

摘要： 本文以開不同位置方形洞口波紋鋼板剪力墻為研究對象，利用大型通用分析軟件ABAQUS通過非線性推覆分析研究了12種不同的開洞位置下的鋼板剪力墻的抗側承載力。研究結果表明：當墻板開不同位置方形洞口時，波幅為15mm的波紋鋼板墻的整體承載力在開洞口6和7時是最低的，在洞口1時是最大的，最大和最低兩者相差7%。采用30mm波幅的鋼板墻開洞口9時承載力最大，開洞口12時其承載力最小，兩者相差5.8%。當波幅為60mm時，洞口9和10對應模型的承載力是最小的，洞口4對應模型的承載力是最大的，兩者相差3.56%。

Abstract： Taking the corrugated steel plate shear wall with square openings at different positions as the research object， the lateral bearing capacity of the steel plate shear wall with 12 different openings is studied by a large-scale general analysis software， through nonlinear nappe analysis. The results show that the overall bearing capacity of corrugated steel plate wall with wave amplitude of 15mm is the lowest at the openings 6 and 7， the largest at the opening 1， and the difference between the maximum and the lowest is 7%. The bearing capacity of the steel plate wall with 30mm amplitude is the largest at openings 9 and the lowest at openings 12， and the difference between the two is 5.8%. When the amplitude is 60mm， the bearing capacity of the corresponding models of the openings 9 and 10 is the smallest， and the bearing capacity of the corresponding model of the opening 4 is the largest， which is a difference of 3.56%.

關鍵詞：抗側性能；不同位置方形洞口；波幅；豎波紋

Key words： lateral performance；square hole in different positions；amplitude；vertical ripple

中圖分類號：TU352.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0123-02

0 引言

鋼板剪力墻是一種近40年來發展起的新型抗側力結構體系，日本學者在2003年提出了開縫鋼板墻，此后學者們又在開縫鋼板墻的基礎之上，發展出開洞鋼板墻，利用開洞來調整鋼板的剛度和極限承載力，可以更好的滿足“強框架、弱鋼板”這一設計理念。國內很多專家和學者進行了相關方面的研究。2015年哈爾濱工業大學的左洋[1]研究了開洞集裝箱在外荷載作用下的縱向剛度，初步得出了開洞箱體剛度的計算方法，并得出了開洞面積和洞口高長比等參數對開洞箱體剛度的影響規律。2016年青島理工大學的碩士牛雪穎[2]通過數值模擬研究了開洞形式對集裝箱房屋受力性能的影響，通過模擬結果發現開洞的洞口位置和大小對集裝箱受力性能的影響較大，洞口形狀對其影響很小。同時研究了集裝箱房屋在豎向荷載和風荷載下的側移和剛度。

2016年青島理工大學的朱國棟[3]對開洞波紋板進行了模擬，對其抗側剛度及抗震性能進行試探性的研究，并采用有限元軟件 ABAQUS 對試件的各項力學性能進行參數分析，為波紋板應用到組合房屋中的推廣提供借鑒。國外的Erfan Alavi[4]等人在2013年對中央開洞的斜對角加勁鋼板剪力墻進行了研究，在循環準靜力加載下，對三種1/2縮尺的單層鋼板剪力墻進行了試驗。結果表明設置加勁肋的開孔試件的延性比要比沒有設置加勁肋的試件高出14%，同時針對這種開洞的斜加勁鋼板剪力墻提出了剪切強度的計算公式。

1 有限元模型建立

模型參數如下：柱子截面為H400×400×28×35，梁截面為H550×450×22×34。內嵌板板厚為6mm。內嵌波紋板的波幅有3種，分別為15mm、30mm、60mm。有限元模型如圖1所示。模型采用位移加載至2%側移角（1/50H）。

洞口均為方形，且尺寸為900×900；洞口位置如圖2所示共12種（其中中間排洞口中心位于中軸線上；上下排洞口洞邊直接位于板邊）（圖2表示12種洞口位置，每個模型均僅開一個洞口，并非開多個洞口）。

2 抗側性能分析

通過有限元分析得出，波幅為15mm時波紋鋼板墻的整體承載力在開中間洞口6和7時是最低的，開洞口1時是最大的，最大和最低兩者相差7%。波幅為30mm時開洞口9承載力最大，為4824.26KN，洞口12承載力最小，為4542.22KN，兩者相差5.8%。當波幅為60mm時，洞口9和10對應模型的承載力是最小的，開其他洞口時承載力相近，洞口4對應模型的承載力是最大的。相差3.56%。隨著內嵌波紋鋼板波幅的增大不同位置方形洞口對應的整體承載力差距逐漸減小。

開洞口1時不同波幅的豎波紋鋼板墻承載力對比見圖3，不同波幅的豎波紋鋼板墻開洞口1時應力云圖見圖4，不同波幅的豎波紋鋼板墻開洞口7時應力云圖見圖5。圖3中可以看出，波幅為60mm的模型M25、M31承載力是最高的，其對應的波紋板的屈服面積也是最大的，見圖4、圖5。波幅30mm的M13、M19內嵌板是剪切屈服承載方式，見圖4、圖5。波幅15mm的M1、M7內嵌板發生了屈曲，隨后形成拉力帶，靠著拉力帶承載力逐漸增長，見圖4、圖5。

豎波紋鋼板墻當波幅為15mm時，12種不同位置的洞口對應模型的最大承載力很接近，洞口位置的不同對鋼板墻整體的承載力影響不大。模型M6、M7的承載力相對于另外10個是最低的。

3 結論

當墻板開不同位置方形洞口時，波幅為15mm的波紋鋼板墻的整體承載力在開中間洞口6和7時是最低的，在洞口1時是最大的，最大和最低兩者相差7%。采用30mm波幅的鋼板墻開洞口9時承載力最大，為4824.26KN，開洞口12時其承載力最小，為4542.22KN，兩者相差5.8%。當波幅為60mm時，洞口9和10對應模型的承載力是最小的，洞口4對應模型的承載力是最大的，兩者相差3.56%。隨著內嵌波紋鋼板波幅的增大，方形洞口位置的變化對整體承載力的影響逐漸減小。

參考文獻：

[1]左洋，查曉雄.開洞集裝箱房屋結構縱向剛度分析[J].天津大學學報：自然科學與工程技術版，2015，48（2）：167-176.

[2]牛雪穎.開洞形式對集裝箱房屋受力性能的影響研究[D]. 青島：青島理工大學，2016.

[3]朱國棟.集裝箱組合房屋墻板的抗側剛度及抗震性能研究[D].青島理工大學，2016.

[4]Alavi E， Nateghi F. Experimental study on diagonally stiffened steel plate shear walls with central perforation[J]. Journal of Constructional Steel Research， 2013， 89（5）：9-20.