开洞钢板剪力墙的试验与理论研究

论文摘要

通过国内外大量学者的研究发现:钢板剪力墙作为一种新型的抗侧力构件,拥有较高的侧向刚度和极限承载力、良好的位移延性和耗能能力等诸多优点。目前大量的研究工作是针对水平荷载作用下的非加劲钢板墙、加劲钢板墙以及开缝钢板墙的屈曲后性能展开的。在实际工程中,为了方便门窗洞口的开设,本文提出了一种新型的钢板剪力墙—开洞钢板墙,并利用有限元程序研究开洞钢板墙的变形能力和耗能能力。本文首先介绍了比例为1:3的开洞钢板墙在低周反复荷载作用下的抗震性能的试验研究;其次应用通用有限元软件ANSYS对试验的试件进行模拟,验证软件模拟的准确性;最后应用有限元软件ANSYS计算不同洞口大小、洞口边界条件下钢板墙的弹性屈曲荷载和抗剪极限承载力。通过分析得出以下结论:柱子刚度的变化对开洞钢板墙的弹性屈曲和抗剪性能影响较大:洞口处边柱的刚度变化对开洞钢板墙的弹性屈曲和抗剪性能影响不是十分显著;由于薄板和厚板有着不同的破坏机理,因此板的高厚比对开洞钢板墙的弹性屈曲和抗剪性能影响较大。本文以工程应用为目的,在试验研究与理论分析的基础上,指出了开洞钢板墙的不仅具有较高的承载力,良好的延性,对抗震设计有一定的指导意义,也为进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 钢板剪力墙结构体系的特点及分类
• 1.3 钢板剪力墙理论与试验研究现状
• 1.3.1 梁腹板的受剪研究
• 1.3.2 国外研究的概况
• 1.3.3 国内研究的概况
• 1.4 钢板剪力墙现行设计理论
• 1.4.1 无加劲钢板剪力墙
• 1.4.2 有加劲钢板剪力墙
• 1.5 本文概要
• 1.5.1 本课题研究的意义
• 1.5.2 本文研究的主要内容
• 2 开洞钢板剪力墙试验研究
• 2.1 试验方案
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.2 材性试验
• 2.1.3 加载装置及加载方案
• 2.1.4 位移及应变测点布置
• 2.2 试验及试验结果
• 2.2.1 试验现象及试件破坏描述
• 2.2.2 试验数据处理及结果分析
• 2.3 本章小结
• 3 开洞钢板墙数值模拟非线性有限元理论
• 3.1 引言
• 3.2 非线性有限元分析
• 3.2.1 几何非线性
• 3.2.2 材料非线性
• 3.2.3 非线性方程组的数值解法
• 3.2.4 ANSYS程序有限元模拟过程
• 3.3 试验试件原型的有限元分析
• 3.3.1 单元类型的选取
• 3.3.2 钢材的本构关系的选取
• 3.3.3 试验试件有限元模型的建立及约束的施加
• 3.3.4 施加荷载与求解
• 3.3.5 计算结果及与试验结果的对比分析
• 3.3.6 应力发展及分布
• 3.4 本章小结
• 4 开洞钢板剪力墙多参数拓展分析
• 4.1 板的弹性屈曲基本理论
• 4.1.1 小挠度理论板的平衡方程
• 4.1.2 能量法
• 4.2 有限元分析模型及分析参数
• 4.2.1 有限元分析参数
• 4.2.2 有限元模型的建立
• 4.3 开洞钢板墙屈曲性能分析
• 4.3.1 开洞钢板墙屈曲计算数据汇总
• 4.3.2 宽高比α的影响
• 4.3.3 高厚比λ的影响
• 4.3.4 边柱与框架柱的相对刚度比φ的影响
• 4.4 开洞钢板墙抗剪承载力分析
• 4.4.1 开洞钢板墙极限承载力计算数据汇总
• 4.4.2 各系列的P-Δ曲线
• 4.4.3 高厚比λ的影响
• 4.4.4 宽高比α的影响
• 4.4.5 边柱与框架柱的相对刚度比φ的影响
• 4.5 开洞钢板墙的应力发展和分布
• 4.6 本章小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 后继工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况