钢板剪力墙结构竖向防屈曲简化设计方法VIP免费

第40卷第4期建筑结构2010年4月钢板剪力墙结构竖向防屈曲简化设计方法3聂建国,黄远,樊健生(清华大学土木工程系,结构工程与振动教育部重点实验室,北京100084)[摘要]采用能量原理推导了设置竖向加劲肋钢板墙的弹性屈曲应力的简化计算公式,并根据理论公式进行了参数分析,研究了钢板高宽比、加劲肋数量、加劲肋与钢板刚度比以及加劲肋与钢板面积比等参数对钢板墙竖向屈曲荷载的影响。简化公式计算结果与有限元计算结果吻合良好。研究表明,在钢板墙高宽比确定的情况下,加劲肋与钢板的刚度比是影响加劲板竖向屈曲荷载的主要因素,加劲肋与钢板的面积比对加劲板屈曲荷载的影响较小,加劲肋端部与周边框架不连接的钢板墙优于加劲肋端部与周边框架连接的钢板墙。[关键词]钢板剪力墙;加劲肋;临界屈曲荷载;能量原理Verticalbuckling2resistantdesignofsteelplateshearwallstructureNieJianguo,HuangYuan,FanJiansheng(DepartmentofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Simplifiedtheoreticalequationforcriticalbucklingstressofverticalstiffenedsteelplateshearwall(SPSW)wasderivedbyenergyprinciple.ParametricanalysiswasconductedtoidentifythemainparametersaffectingtheverticalbucklingbehaviorofstiffenedSPSW.Theseparametersincludetheaspectratiooftheplate,thenumberofstiffeners,bendingstiffnessratio,arearatioetc.TheresultsoftheformulafitwellwiththeFEAanalysis.Basedonthetheoreticalanalysis,itturnsoutthatthebendingstiffnessratioisthekeyinfluenceonthebucklingloadofthestiffenedsteelplate,whilethearearatiohaslittleimpactonthebucklingloadofthestiffenedsteelplate.Unanchoredstiffenerhasmoreadvantagesthantheanchoredstiffener.Keywords:steelplateshearwall;ribbedstiffener;criticalbucklingload;energyprinciple3国家自然科学基金项目(50438020)。作者简介:聂建国,教授,博士生导师,长江学者特聘教授,Email:niejg@mail.tsinghua.edu.cn。0引言钢板剪力墙结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系,其主要结构单元由内嵌钢板和竖向边缘构件、水平边缘构件构成。当钢板沿结构某跨自上而下连续布置时,即形成钢板剪力墙体系。钢板墙结构的受力特性类似于底端固接的竖向悬臂梁:竖向边缘构件相当于翼缘,内嵌钢板相当于腹板,而水平边缘构件则可近似等效为横向加劲肋。试验和震害情况表明,相对于混凝土剪力墙结构,钢板剪力墙有较大的弹性初始刚度、良好的弹塑性性能以及稳定的滞回特性。并且钢板剪力墙可以大幅加快施工进度,已成为具有发展前景的高层抗侧力体系之一,尤其适用于高烈度地震区建筑。国外关于加劲钢板的屈曲性能已进行了较多的研究,其中一些方法对钢板墙的研究具有借鉴意义。文[1]对加劲钢板进行了分析研究,采用钢板初始缺陷、钢材材性等试验量测数据拟合出了考虑荷载偏心的PerryRobertson公式,并在此基础上提出了加劲板的分析与设计方法,但该方法物理概念较模糊并且计算较为复杂。文[2],[3]对受压加劲板的极限承载力进行了参数分析,分析中将加劲肋作为钢板的简支边界,但没有考虑加劲板的整体屈曲及相关屈曲。文[4]对17片加劲板进行了受压性能的试验研究,试验中变化的参数为构件的截面尺寸和加劲肋的类型及间距,得到了不同条件下受压加劲板的屈曲模态和极限承载力。文[5]对加劲板的屈曲强度、极限强度进行了理论分析,并给出了显式计算公式,但分析中认为受压加劲板的屈曲模态仅包括整体屈曲与局部屈曲两种,没有提及相关屈曲。文[6]采用有限元方法对带T形加劲肋的钢板进行了研究,考虑了初始缺陷、钢板的高宽比、高厚比和钢板与加劲肋的面积比对加劲板的弹性及非弹性性能的影响。文[7]采用ANSYS软件对加劲板在轴压荷载作用下进行了分析,并在有限元分析基础上提出了半理论半经验计算公式,将分析结果与试验结果进行对比后发现,有限元结果高估了加劲板的承载力,而经验公式低估了加劲板的承载力。我国关于钢板剪力墙的研究起步较晚,《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99—98)[8]附录四关于钢板墙的计算,认为钢板墙...