焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能分析

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220828

摘要/Abstract

摘要：

大多数双钢板-混凝土组合剪力墙采用螺栓连接或焊接肋的方式使钢板和混凝土协同工作。然而，这种连接方式可能导致整体性和塑性变形效率较低，且制作复杂，焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙能够有效地避免这些问题。为了深入研究焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能，基于约束混凝土真三轴塑性-损伤本构模型和钢材弹塑性混合强化-韧性损伤本构模型，建立了组合剪力墙的精细化三维实体-壳模型，将模拟所得的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、弹性刚度、承载力、累积耗能、等效阻尼粘滞系数和延性系数与已有拟静力试验结果相比较，发现两者吻合较好。分析结果表明：轴压比对组合剪力墙模型算例刚度和承载力的影响较小，而随剪跨比增大，组合剪力墙模型算例的刚度和承载力呈线性降低；轴压比对组合剪力墙模型算例总塑性耗能的影响较小，而剪跨比的影响较大，剪力墙总塑性耗能随剪跨比增大而降低；轴压比和剪跨比都不会改变算例各部件的耗能分配机制，即组合剪力墙模型算例以外钢板和内隔板耗能为主。

关键词: 双钢板-混凝土组合剪力墙, 抗震性能, 塑性耗能, 有限元分析

Abstract:

Most double steel plate-concrete composite shear walls use bolted or welded ribs to make the steel plate and concrete work together. However, this connection method may lead to low integrality and plastic deformation efficiency, as well as complex fabrication. Welded multi-cavity double steel plate-concrete composite shear walls are able to avoid these problems effectively. In order to investigate the seismic performance of welded multi-cavity double steel plate-concrete composite shear wall, a three-dimension solid-shell model of composite shear wall is established by using the constrained concrete true triaxial plasticity-damage constitutive model and the steel elastoplastic hybrid strengthening-ductile damage constitutive model. The hysteresis curve, skeleton curve, stiffness degradation curve, elastic stiffness, bearing capacity, cumulative energy dissipation, equivalent damping viscosity coefficient and ductility coefficient obtained by the model are in good agreement with the existing quasi-static test results. The analysis results show that: (1) the axial compression ratio has little effect on the elastic stiffness and bearing capacity of the composite shear wall model, while the stiffness and bearing capacity of the composite shear wall model decrease linearly with the increase of shear span ratio; (2) the axial compression ratio has little effect on the total plastic energy dissipation of the composite shear wall model, while the shear span ratio has a greater effect, and the total plastic energy dissipation of the shear wall decreases with the increase of shear span ratio; and (3) both the axial compression ratio and the shear span ratio do not change the energy dissipation allocation mechanism of each component of the shear wall model, which means that the energy dissipation of the composite shear wall model is mainly due to the outer steel plate and the inner partition.

Key words: double steel plate-concrete composite shear wall, seismic performance, plastic energy dissipation, finite element analysis

中图分类号:

TU398.2

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图/表 23

表1

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参考文献 20

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试件编号	轴压比	剪跨比	钢板厚度/mm	边室宽度/mm	中室宽度/mm	高×宽×厚/（mm×mm×mm）	轴力/kN
FSW1	0.3	2.41	3	60	100	1 500×623×65	609
FSW2	0.4	2.41	3	60	100	1 500×623×65	815
FSW3	0.5	2.41	3	60	100	1 500×623×65	1 015
FSW4	0.3	2.07	3	80	80	1 500×723×65	715
FSW5	0.4	2.07	3	80	80	1 500×723×65	953
FSW6	0.5	2.07	3	80	80	1 500×723×65	1 191

试件	加载方向	试验结果			有限元模拟结果
试件	加载方向	Δ_y/mm	Δ_u/mm	μ	Δ_y/mm	Δ_u/mm	μ
FSW1	+	7.51	31.19	4.12	8.33	33.69	4.04
FSW1	-	7.61	33.55	4.41	8.29	33.74	4.07
FSW2	+	7.20	29.25	4.06	7.86	30.77	3.92
FSW2	-	7.41	29.67	4.00	7.83	30.89	3.94
FSW3	+	7.27	28.42	3.91	7.88	31.12	3.95
FSW3	-	8.49	33.13	3.90	7.93	30.84	3.89
FSW4	+	7.95	31.16	3.92	8.45	32.28	3.82
FSW4	-	10.32	33.07	3.21	8.51	32.75	3.85
FSW5	+	8.17	26.09	3.19	7.95	31.41	3.95
FSW5	-	7.88	28.40	3.60	8.02	31.09	3.88
FSW6	+	6.38	25.70	4.03	7.78	30.34	3.90
FSW6	-	6.67	26.45	3.97	7.84	30.75	3.92

剪跨比	轴压比	边室宽度/mm	中室宽度/mm	中室数量	高×宽×厚/ （mm×mm×mm）
1.63	0.1~0.7	60	100	8	1 500×923×65
1.82	0.1~0.7	60	100	7	1 500×823×65
2.07	0.1~0.7	60	100	6	1 500×723×65
2.41	0.1~0.7	60	100	5	1 500×623×65
2.87	0.1~0.7	60	100	4	1 500×523×65
3.55	0.1~0.7	60	100	3	1 500×423×65

部件	不同轴压比下的塑性耗能占比/%
部件	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7
混凝土	2.9	3.0	3.3	3.7	4.1	5.2	6.3
内隔板	19.6	20.0	20.6	21.2	21.8	22.3	22.5
外钢板	77.4	77.0	76.1	75.1	74.1	72.5	71.2

剪跨比	轴压比	总塑性耗能/kJ	核心混凝土塑性耗能/kJ	内隔板塑性耗能/kJ	外钢板塑性耗能/kJ
2.41	0.1	242.01（100.0%）	7.11（3.0%）	47.52（19.6%）	187.38（77.4%）
2.41	0.2	240.86（99.5%）	7.26（3.0%）	48.25（20.0%）	185.36（77.0%）
2.41	0.3	242.43（100.2%）	8.01（3.3%）	49.85（20.6%）	184.57（76.1%）
2.41	0.4	244.76（101.1%）	9.06（3.7%）	51.91（21.2%）	183.80（75.1%）
2.41	0.5	253.56（104.8%）	10.33（4.1%）	55.33（21.8%）	187.90（74.1%）
2.41	0.6	256.41（106.0%）	13.22（5.2%）	57.29（22.3%）	185.90（72.5%）
2.41	0.7	270.78（111.9%）	17.08（6.3%）	61.00（22.5%）	192.70（71.2%）