文摘

钢筋结构旨在控制输入能量的自然和自然力量。在过去的四十年里,利用钢剪力墙在巨大的建筑在一些地震国家如日本,美国,和加拿大的风险减少破坏性的力量。钢剪力墙分为两种类型:非加强的和加强。在前,一系列的板块(正弦和梯形波纹)与光厚度下的后屈曲字段属性使用整体屈曲。在后者,钢带系列是受雇为加强剂与不同的安排:水平、垂直或对角墙的一方或双方。在非加强的墙壁,厚度的增加会导致增加墙高结构下大力量的能力。在加筋墙,加强剂加入到墙是昂贵和费时的。采用ANSYS软件分析了不同模型的非加强的单层钢墙与正弦和梯形波纹板在横向荷载。结果表明,维数相同的墙壁,梯形波纹板显示高延性和轴承极限相比正弦波纹板。

1。介绍

钢板剪力墙用于建设摩天大楼地震在大多数发达国家,如美国、日本和加拿大在最近四十年。这些墙壁上有很大的优势相似的结构如钢筋混凝土剪力墙和钢牙套。钢板剪力墙有几个好处,包括轴承极限高,完美的可塑性,能量吸收能力高,适当的刚度,结构重量低,建设成本低,高质量,高速度建设。钢板剪力墙的整体结构由边界成员如梁和列,和加密钢板在它们之间的空间。钢板剪力墙构造的两种类型:非加强的和加强。在前,非加强的墙壁,一系列的平面板厚度与光他们的后屈曲字段是用于整体屈曲。在后者,皮带系列或钢档案利用与加强剂不同安排的水平,垂直和斜墙的一方或双方直到能量耗散,刚度和轴承极限增加。使用第一种完全是不经济的,因为提高磁滞曲线的墙壁所提到的,有必要增加钢板的厚度,直到板不屈服前扣;这种厚度的增加使其不经济的。另一方面,第二种类型的钢板剪力墙,通过一系列的加强板加强剂经济是相当有效的。 When stiffened steel shear walls are used, the hysteresis curves turn to spindle-shape from S-shape, which increases the hysteresis curve area. However, due to welding operations, this method demands high executive cost for joining the stiffeners to wall.

一个适当的替代方法是使用波纹钢板需求较低的成本,也喜欢延性。此外,在波纹板,加强剂的起皱功能类似,这些板块也有适当的刚度。钢板剪力墙的性能类似于板梁;我们可以看到在图1梁、板、列和钢剪力墙是一样的网,法兰,分别和板梁的加强剂1,2]。

大量的研究对加强和非加强的钢剪力墙和梯形web profile部分(见Formisano, 2006;Denan et al ., 2010;德•加尼姆et al ., 2008;Stojadinovic;和小费,2008),提出了几个理论著作(3- - - - - -7]。

调查与波纹板梁钢板已经完成实验室活动的王(2003),伊瑞Chosa et al。(2006), (2009) (8- - - - - -10]。根据实验活动和成本的这些类型的研究中,这些系统的调查仅限于微不足道的组件。因此,不同组件的波纹板厚度等影响,波的高度,波的长度、刚度边界元素,打开墙上的行为的影响一直被忽视。

2。波纹板的失效模式

梯形的几何属性和正弦波纹板如图2和3。

主要加密板提供和控制框架的抗剪能力通过其屈曲或失败。纯剪切应力只在这些结构成员重大压力。在波纹板、屈服剪切应力可以由以下几点: 在哪里表示钢的屈服强度(11- - - - - -13]。

有两种类型的瓦楞纸板的屈曲控制:整体失稳和局部失稳。波纹板的局部屈曲模式形成的平板沿水平梯形波纹板和边缘图4。在这个跨度,波纹板法兰连接的短边列。在这种情况下,局部屈曲研究各向同性弹性屈曲临界剪应力为当地盘子和模式被定义为(2在梯形),(3在正弦板(11,12,14- - - - - -16]: 在哪里是瓦楞板的厚度,表示波的长度在梯形波纹板发生局部屈曲,意味着起皱的实际长度与正弦波纹板板,代表弹性模量,钢的代表的泊松比,剪切屈曲系数的局部屈曲模式,其价值取决于边界条件和面板的纵横比(),表示板的高度。

根据图5,全球屈曲形成与全球对角multiwaves在波纹板的屈曲。在这种情况下,临界剪切应力估计对波纹板作为正交各向异性板(17- - - - - -19]。

Elgaaly梯形波纹板在他的实验室研究表明,如果波纹板的波很大,可以形成局部屈曲的水平部分每个波纹板,如果海浪很小的长度,那么就可以形成全球屈曲板没有控制(20.]。

上面的方程被用于板梁梯形和正弦波形。因此,本文比较了梯形波纹板和正弦板使用有限元方法。

3所示。建模和仿真的验证

本节解释假设有限元(FE)建模和评估方法选择的验证仿真软件建模。

3.1。假设和验证的建模

在这部分研究中,与梯形板梁腹板单调加载下调查。板梁的几何性质软件如图6和表1。

钢铁材料消耗模型的弹塑性曲线strain-stress 200 Gpa与弹性模量,泊松比为0.3,屈服强度355 Mpa。冯错过标准用于评价模式的结果,因为钢铁材料的应用。力和位移标准对话标准。143年壳牌元素用于法兰、网络和实验板梁加劲肋在ANSYS软件建模。数据7,8,9,10展示的实验活动乌斯曼(2001)用于单跨度梁与板梁在三个简单的支持,单调加载首先被应用于三分之一(A),三分之一(B),中期和最终三分之一(C)的梁跨度21]。弧长方法被用来解决数值模型,和元素网格大小和时间步进被认为是50毫米和0.001,分别为良好的准确性和谈话。这些活动的有限元建模数据所示11,12,13。

关于三点加载相关结果显示在表2,ANSYS软件建模精度比实验模型更合理。这代表了建模的准确性,选择元素,和假设。小的差异比较的结果呈现在图14将验证工具的类型。

3.2。数值模拟和分析钢剪力墙

数值分析进行一个故事和一个跨墙宽度3000毫米和2600毫米高度。边界成员IPB180 IPE180柱和梁,分别。中使用的加密板这堵墙是正弦和梯形波纹板连接到周围的框架刚度。这些墙壁的几何和网格配置如图所示15。墙上被夹墙和墙的底部框架的支持只是支持,以防止可能发生的平面位移由于集中载荷作用的梁,柱的连接位置。负载应用于列均匀增加的形式。在这些模型中,一个弹塑性材料模型假设与屈服强度值240 Mpa, 200 Gpa,弹性模量和泊松比为0.3。还使用了几何非线性大位移。

4所示。评价参数的研究结果

在本部分中,一些几何属性的影响如板的厚度、深度和板的波高、波长度、波纹密度,梁的刚度和列在瓦楞钢板墙进行调查。在接下来的段落,详细给出了这些参数的结果。

4.1。波纹板的厚度效应

的厚度厚度效应的考虑研究正弦和梯形波纹板是1.5,3、5、10、15、20毫米。在这些模型中,列和梁是IPB180 IPE 180,分别。中演示了应用板的几何属性表3和4,在那里表示上一波的水平投影正弦板,在梯形板水平面板宽度,级表示起皱,介绍了板的厚度,展开长度的正弦板起皱,代表了斜板宽的梯形镀斜板的水平投影宽度,代表一个波的水平投影在梯形板,在梯形板起皱角,然后呢和系数在波纹板起皱密度。

表5和6证明了有限元建模两种不同类型的波纹板的结果基础上不同的厚度。

根据图所示的结果16对正弦和梯形波纹板与六种不同的厚度,极限承载力是随着厚度的增加而增加。此外,与板厚度的增加,墙的平面变形加速形成梁,柱的塑性铰连接。有必要解释,虽然轴承极限厚度的增加的结果是可以预见的,这是一个原因软件性能的准确性。

压缩的结果显示在正弦荷载位移和energy-displacement曲线和梯形波纹钢波纹板和注意密度= 0.16两个盘子,结果表明,波纹板与梯形波比正弦波延性。然后,根据获得的结果,它有更多的能量耗散。在两个墙,低厚度、梯形板相比具有更好的性能在轴承极限和能量耗散正弦板;然而,在高厚度的板,正弦板轴承极限比梯形板;此外,在这种情况下,正弦板块在屈曲产生,梯形板下了梁的塑性铰的形成。

一个故事钢剪力墙的刚度性能系统正弦和梯形波纹板在面内载荷图所示17显示板厚度的增加,硬度增加弹性和postelastic范围。所有模型的刚度逐渐减少甚至没有任何突变在剪切屈曲的发生。此外,随着板厚的增加,正弦波纹板刚度比梯形波纹板。此外,刚度下降斜率梯形板。

4.2。的刚度影响边界成员

边界的研究成员,如瓦楞钢板剪力墙梁和柱,调查的六个不同的部分列用于正弦波纹板,波是60毫米的长度,波的高度是19毫米,板的厚度是3毫米。列在本节包括IPB200学习,220年,240年,260年和300年,和独特的部分的IPE180梁使用这六个模型。在这些模型中,增加列的部分地区,最终的轴承刚度的增加,由于增加(见图18)。然而,能量耗散没有任何确定的过程。如前所述,随着列部分区域,系统的刚度增加约3 - 15.6%。

梁部分调查摘要IPE 180, 200, 220, 240, 270,和300,列部分IPB180选择。根据图19随着梁部分,轴承极限和框架的刚度增加。增加在梁部分,刚度性能增加约3 - 14.3%。

4.3。在波纹板制波纹深度效果

制波纹深度是参数,增加瓦楞板的横向刚度。在本部分中,起皱的影响深度研究钢剪力墙行为与正弦和梯形起皱。检查制波纹深度影响正弦波纹板,6个标本不同高度的19岁,30岁,40岁,50岁,56岁和60毫米。这些板块的几何特性如表所示7。

这些标本的结果下平面加载如图20.。这些结果说明随着制波纹深度的增加,最终轴承在正弦板和延性显著增加。获得的最重要的结果是,随着制波纹深度的增加,硬度值下降4.2到17.6%。

图21显示延性、能量耗散和轴承极限制波纹深度增加而上升或起皱密度系数。

调查起皱的影响深度的梯形波纹板、五个样本的特征如表所示8使用。

根据图22,增加的波纹高度对轴承极限和延性有微不足道的影响。此外,墙的刚度性能已经被制服。

4.4。加密的起皱长度影响波纹板

在本部分中,七个标本正弦和四个标本研究起皱长度的梯形波纹板。这些模型的几何特性如表所示9和10在哪里——压波形正弦板的长度等于和等于在梯形波纹板。

根据图23墙的轴承极限随起皱长度的增加而降低,和墙失去轴承由于全球屈曲失败。根据正弦波纹板的刚度性能,结果表明,初始刚度没有改变由于起皱长度的增加,尤其是和墙的延性都发生了变化。

图24表明轴承极限和延性随起皱长度的增加而降低。此外,结果表明,与增加刚度的性能增加了起皱梯形波纹板的长度,但是失去刚度过程短墙的变形是由于减少他们的能量耗散。

5。结论

本文调查了在正弦曲线的几何特征和梯形波纹单层钢剪力墙承受均匀横向荷载,和下面的结果。(1)随着波纹板厚度的钢板剪力墙,最终的轴承和延性显著增加。结果两种类型,即正弦波纹成形深度和梯形波纹板相似,表明增加导致正弦板厚度的增加刚度和轴承极限,而这种情况在梯形板导致的增加其延性。(2)增加边界的刚度(即成员。,beam and columns) caused the ultimate bearing and ductility to be enhanced 3 to 15 percent; however, the steel wall as a whole did not change significantly.(3)本文研究的另一个参数是波纹深度。波纹深度被证明是更有效的正弦板的刚度和轴承极限而梯形波纹板。(4)与梯形波纹板钢剪力墙,墙壁破裂在低板的厚度是由于整体屈曲,中等厚度,这是由于局部屈曲加密盘架,而且,在高厚度,这是由于在顶梁塑性铰的形成。(5)皱状密度系数是其他板块的重要参数之一。这个参数的变化被证明是更有效的在正弦板;增加引起的这些参数显著增加过程中刚度、延性和轴承极限。(6)起皱长度的增加导致了降低轴承极限和梯形板的刚度的增加,但它没有造成改变正弦板的刚度。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。