理论教育 H型钢柱翼缘宽度对抗震性能的数值模拟

H型钢柱翼缘宽度对抗震性能的数值模拟

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:当H型钢柱的翼缘宽度从125 mm增大到150 mm时,两者的滞回曲线基本重合。通过表2.18的数据得到,Model-10的屈服荷载、峰值荷载、延性系数较Model-7的值分别提高了1.2%、1.1%、0.8%,说明继续增大H型钢柱的翼缘宽度对平钢板剪力墙的力学性能影响很小。由上述可知,当H型钢柱的翼缘宽度从75 mm增加到125 mm时,钢板剪力墙的承载能力和延性上升幅度较大,而当H型钢柱的翼缘宽度达到125 mm后,继续增加其宽度对钢板剪力墙的抗震性能影响不大。

H型钢柱翼缘宽度对抗震性能的数值模拟

试验和模拟结果都显示,3种钢板剪力墙都是由于约束边缘构件H型钢柱平面外刚度不足,导致试件和模型的内嵌钢板未能充分发挥其力学性能,通过增大翼缘宽度提高H型钢柱的平面外刚度,模型具体尺寸如表2.18中的模型Model-4~Model-12所示。各个模型的滞回曲线对比如图2.44所示,模型的特征值如表2.18所示。

图2.44 各个模型的滞回曲线对比

表2.18 模型的特征荷载和位移

续表

注:Py为屈服荷载,Pd为有效破坏荷载;μ=Δdy

从图2.44(a)和表2.18中的数据可以看出:平钢板剪力墙H型钢柱的翼缘从75 mm增大到100 mm时,其滞回性能略有增加,表明增大H型钢柱的刚度增加对内嵌钢板的力学性能的发挥有作用;平钢板剪力墙的屈服荷载、峰值荷载、延性系数分别增大了12.5%、8.5%、79.1%;钢板剪力墙H型钢柱的翼缘宽度从100 mm增大到125 mm时,其滞回性能有了明显的提高,滞回曲线呈梭形,且Model-7的滞回曲线将Model-4的滞回曲线完全包围,说明其耗能能力提高幅度很大。从表2.18的数据得到,Model-7的屈服荷载、极限荷载、延性系数较Model-4的值分别提高了13.3%、17.4%、30.7%。当H型钢柱的翼缘宽度从125 mm增大到150 mm时,两者的滞回曲线基本重合。通过表2.18的数据得到,Model-10的屈服荷载、峰值荷载、延性系数较Model-7的值分别提高了1.2%、1.1%、0.8%,说明继续增大H型钢柱的翼缘宽度对平钢板剪力墙的力学性能影响很小。

从图2.44(b)和表2.18的数据可以看出:竖向波形钢板剪力墙H型钢柱的翼缘宽度从75 mm增大到100 mm时,其滞回曲线变化较小,当H型钢柱的翼缘宽度增大到125 mm时,可以看出滞回曲线的面积大幅度增加,H型钢柱的翼缘宽度增加到150 mm时,与H型钢柱翼缘宽度为125 mm模型的滞回曲线基本重合;H型钢柱翼缘宽度为125 mm时的钢板剪力墙屈服荷载、极限荷载、延性系数较翼缘宽度为100 mm时的值分别增大了16.4%、23.2%、82.2%,增幅较大;H型钢柱翼缘宽度从125 mm增大到150 mm时,比较表2.18中的数据得到H型钢柱翼缘宽度为150 mm时的屈服荷载、极限荷载、延性系数较125 mm时的值分别增大了0.2%、0.3%、0.9%,说明继续增大H型钢柱的翼缘宽度对竖向波形钢板剪力墙的力学性能影响很小。

从图2.44(c)和表2.18的数据可以看出:横向波形钢板剪力墙H型钢柱的翼缘宽度从75 mm增大到125 mm过程中,横向波形钢板剪力墙的承载能力和延性呈上升趋势,而当H型钢柱的翼缘宽度从125 mm增大到150 mm时,两者的滞回曲线基本重合。比较表2.18中的数据得到模型Model-12的屈服荷载、极限荷载、延性系数较模型Model-9的值分别增大了0.1%、0.1%、0.7%,说明继续增大H型钢柱的翼缘宽度对横向波形钢板剪力墙的力学性能影响很小。

综上:当H型钢柱的翼缘宽度达到125 mm时已经能够与内嵌钢板很好地进行刚度匹配,且继续增加H型钢柱的翼缘宽度对钢板剪力墙的力学性能影响很小,基本可以忽略。同时考虑经济效益,建议设计时H型钢柱翼缘宽度为125 mm。(www.daowen.com)

由上述可知,当H型钢柱的翼缘宽度从75 mm增加到125 mm时,钢板剪力墙的承载能力和延性上升幅度较大,而当H型钢柱的翼缘宽度达到125 mm后,继续增加其宽度对钢板剪力墙的抗震性能影响不大。在此给出模型Model-4~Model-9的应力云图,如图2.45所示。由图2.45可以看出:当H型钢柱的翼缘宽度达到100 mm时,H型钢柱的刚度仍不足以与内嵌钢板的刚度进行合理匹配,破坏形态仍然是由于H型钢柱的刚度不足而发生整体失稳破坏,但当H型钢柱的翼缘宽度达到125 mm时,3种钢板剪力墙的内嵌钢板形成不同形状的拉力带,而H型钢柱仅在柱脚处发生局部屈曲,证明这时H型钢柱能够有效地对内嵌钢板进行约束。

图2.45 模型Model-4~模型Model-9应力云图

有限元分析表明:3种纯钢板剪力墙在约束边缘构件与内嵌钢板刚度匹配合理时,承载能力与延性均较好。纯钢板剪力墙的约束边缘构件与内嵌钢板的刚度匹配问题对内嵌钢板性能的发挥起着至关重要的作用,当H型钢柱的翼缘宽度为125 mm时,纯钢板剪力墙的力学性能最佳。

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