第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 133 umnandreducingthethicknesoftheinfilplate.forthespecimenswithaflexibilitycoeficientofcolumnof2.5, theloa

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匙冉
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1 第 37 卷第 6 期 2017 年 12 月地震工程与工程振动 EARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINEERINGDYNAMICS Vol.37No.6 Dec.2017 文章编号 : (2017) DOI: /j.eeev yujg.015 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究于金光, 郑春明, 郝际平 ( 西安建筑科技大学土木工程学院, 陕西西安 ) 摘要 : 为研究半刚性框架与钢板剪力墙结构内嵌墙板间的相互作用性能, 完成了一榀 1 3 比例单跨 3 层半刚性框架钢板剪力墙结构低周反复荷载试验研究获得了结构的抗震性能和破坏模式, 探究了框架梁柱墙板及梁柱节点的局部力学性能, 分析了结构的破坏顺序和构件间的传力机理研究结果表明 : 该结构具有良好的塑性变形能力和抗震性能, 半刚性框架和墙板协同工作良好, 结构安全储备较高内嵌墙板的设置缓解了节点区自身的延性要求, 框架承担 95% 以上的倾覆弯矩, 水平荷载由双重抗侧力体系承担, 内嵌墙板作为主要抗侧力构件承担约 75% 剪力试件整体面内呈弯曲破坏, 但是后期钢框架柱面外弯扭较大通过有限元分析, 研究了柱柔度系数钢板高厚比和梁柱连接特性对钢板剪力墙结构性能的影响框架梁柱连接刚度对结构体系承载能力的影响与柱的刚度和内嵌墙板的厚度有关这种影响随着柱刚度增加和内嵌墙板厚度减小而增大柱的柔度系数为 2.5 时, 柱整体无明显的内凹变形, 此时梁柱节点铰接连接更改为刚性连接时, 试件承载能力增加小于 10% 关键词 : 钢板剪力墙 ; 半刚性连接 ; 相互作用 ; 拟静力试验 ; 破坏模式中图分类号 :TU391 文献标志码 :A Studyontheinteractionbetweeninfilplatesandsemi rigid frameinsteelplateshearwalstructure YUJinguang,ZHENGChunming,HAOJiping (SchoolofCivilEngineering,Xi anuniversityofarchitectureandtechnology,xi an710055,china) Abstract:Inordertostudytheinteractiveefectsbetweenthesemi rigidframeandtheinfilplates,three storysin glebayspecimensofsemi rigidcompositesteelframewithsteelplateshearwalweretestedunderlowcyclicload ing.structureseismicperformanceandfailuremodeareobtained.thepaperexploredtheframeworkofbeams, columns,semi rigidnodesinthelocalmechanicalproperties,analyzedtheloadtransfermechanismandthecompo nentsfailuresequence.theresultsshowedthatthespecimenhavegreatplasticdeformationcapacityandgoodener gydisipationcapacity.theframeandthesteelplateshearwalworkwel,thespecimenhavehighsafetymargin. Therequirementofductilitywasloweredbyaranginginfilplates.Morethan95% oftheoverturningmomentwere undertakebyframe.infilplatesasthemaincomponenttoresistlateralforcecanbearabout75% oftheshear.the wholespecimenofthetestin planebending,buttheout planebendingdeformationofthesteelcolumnsarelarge. Throughfiniteelementanalysis,theinfluenceofconnectionstifnesonloadcaryingcapacityisrelatedtothestif nesofcolumnandthicknesoftheinfilplate.thisinfluenceisenlargedwhenincreasingthestifnesofthecol 收稿日期 : ; 修订日期 : 基金项目 : 国家自然科学青年基金项目 ( ); 国家重点研发计划资助项目 (2016YFC ); 陕西省教育厅专项科研项目 (17JK0438); 陕西省自然科学基础研究计划 (2017JQ5064) Supportedby:YouthFundofNationalNaturalScienceFoundationofChina( );TheNationalKeyResearchandDevelopmentProgramof China(2016YFC );ScientificResearchPlanProjectsofShaanxiEducationDepartment(17JK0438);BasicResearchPro gramofnaturalscienceinshaanxi(2017jq5064) 作者简介 : 于金光 (1985-), 男, 副教授, 博士, 主要从事钢结构基本理论和抗震性能研究.E mail:yjggordon@163.com

2 第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 133 umnandreducingthethicknesoftheinfilplate.forthespecimenswithaflexibilitycoeficientofcolumnof2.5, theloadcaryingcapacitywasenhancedbyabout10% whenchangingpinnedconnectionstorigidconnections. Keywords:steelplateshearwal;semi rigidconnection;interactiveefects;quasi statictest;failuremode 引言钢板剪力墙结构是从 20 世纪 70 年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系, 由内嵌钢板和边缘构件组成把钢板用于结构体系中作为主要的抗侧力构件, 通过其抗剪抵抗水平荷载钢板剪力墙结构具有较高的延性, 安全储备高, 多道设防, 能有效提高结构的抗震性能 [1-5] 半刚性连接能有效避免焊接节点的脆性破坏, 将半刚性框架和钢板剪力墙结构结合在一起, 结构体系具有抗侧刚度高耗能能力好抵抗循环荷载作用下变形能力强等优点半刚性节点转动能力好, 构造简单, 但是由于半刚性连接刚度小, 对构件约束相对减弱, 会增大结构层间位移, 弱化结构整体稳定性 [6-10] 为了真实模拟梁柱节点的实际刚度, 梁柱墙板实际受力情况, 梁柱之间内力分布以及框架和墙板的协同工作, 本文在半刚性框架 - 钢板剪力墙结构抗震性能试验研究基础上, 分析框架梁柱半刚性节点的力学性能和结构整体破坏模式为其在实际工程应用和推广提供理论依据 1 试验概况 1.1 试件设计钢板剪力墙设计应符合强框架, 弱墙板基本设计理念, 钢板剪力墙利用内嵌墙板屈曲后强度承担剪力, 当钢框架刚度足够大时, 在外力作用下内嵌墙板拉力带发育充足, 形成完全拉力场当框架刚度不足时, 在外力作用下框架柱发生内凹变形, 此时内嵌墙板的拉力带不能充分发育, 形成不完全拉力场为充分利用内嵌墙板的性能, 根据钢板剪力墙技术规程 (JGJ/ ) [11] 中边框柱应满足最小惯性矩要求为 I c t w H 4 c/l b, 边缘梁的截面惯性矩 I b t w L 4 c/h b, 该惯性矩要求源于柱柔度系数小于等于 2.5 获得 [12] 试件为单跨 3 层钢板墙结构, 试件几何尺寸及构造如图 1, 框架上部 2 层为试件主体结构, 下部设置 1 矮层框架, 其净高 300mm 在矮层框架中设置厚度为 5mm 的钢板试件柱轴线跨度 1350mm, 总高度 3270mm, 钢材采用 Q235B, 连接螺栓采用 10.9 级摩擦型高强螺栓柱截面 HW , 中间梁截面 HN , 顶梁截面 HN , 内嵌墙板厚度 3.3mm, 内嵌墙板与框架梁柱通过 6mm 厚鱼尾板过度连接, 鱼尾板与边缘构件梁柱通过焊接连接通过鱼尾板将内嵌墙板与梁柱连接, 一方面施工简便, 满足构造要求, 另一方面鱼尾板将内嵌墙板产生的均匀拉力充分传递给梁柱, 使内嵌墙板与钢框架协同工作, 共同抵御水平荷载目前, 我国钢结构相关设计规范尚未涉及半刚性连接节点的具体设计方法本文试验中采用的半刚性连接形式为端板连接, 连接各组件包括连接螺栓, 端板节点域加劲构件和连接焊缝四部分对于连接螺栓的选用连接焊缝和节点域加劲, 按照我国钢结构设计规范 (GB ) [13] 和高层民用建筑钢结构技术规程 (JGJ/ ) [14] 的具体构造要求规定进行设计, 节点详图如图 2 根据国家标准金属材料室温拉伸试验方法 (GB/T ) [15] 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 (GB/T ) [16] 的有关规定进行试验, 结果见表 1 表 1 钢材性能 Table1 Steelproperties 试样类型屈服强度 (MPa) 抗拉强度 (MPa) 弹性模量 E(10 5 MPa) 伸长率 (%) 柱顶梁中梁顶梁端版中梁端版 mm 钢板 mm 钢板

3 134 地震工程与工程振动第 37 卷图 1 试件详图图 2 节点详图图 3 试验装置 Fig.1 Loyoutofspecimen Fig.2 Layoutofspecimenconnection Fig.3 Testsetup 1.2 加载装置及测点布置试验加载装置如图 3, 竖向荷载由 2 个 2000kN 同步油压千斤顶提供, 水平反复荷载由 1 台 1000kN 的 MTS 作动器施加为研究结构整体和局部性能, 如图 4 布置仪表和应变片依据建筑抗震试验方法规程 (JGJ101-96) [17] 规定, 采用荷载和位移双控制方法试件整体屈服前采用荷载控制, 试件屈服后采用位移控制加载竖向荷载加载阶段 : 在柱顶施加竖向荷载, 每柱柱顶施加 430kN, 加载分两级, 每级加载 215kN 水平荷载加载阶段 : 第一级荷载施加 75kN, 第二级为 100kN, 后续加载以 100kN 为极差, 以 200kN 300kN 为级数加载, 屈服前改为 50kN 级数细化试件屈服后改为位移加载, 控制位移分别为屈服位移的倍数加载, 试验加载历程如图 5 图 4 试件测点布置图 Fig.4 Arangementofsetlementmonitoringpoints 图 5 试验加载历程图 Fig.5 Testloadinghistory 2 试验结果及分析 2.1 结构整体性能评价整个加载过程中, 试件整体性能表现良好 : 整体位移角约 0.3% 时, 一层内嵌板屈曲 ( 如图 6(a)); 位移角约 0.4% 时, 一层板出现局部屈服 ; 位移角约 0.7% 时, 一层板对角拉力带贯通, 框架柱脚出现第一屈服点, 二层内嵌板屈曲 ; 位移角在 0.9% -1.15% 时, 一层框架柱出现局部屈曲 ( 图 6(b)), 二层框架柱底部屈服, 一层梁节点端板发生转动, 一层板与连接板的连接部位斜向撕裂, 板中部穿透性裂缝形成 ( 图 6(c)); 位移角约 1.38% 时, 一层板角部撕裂 ( 图 6(d)), 二层板下角部钢板撕裂, 试件达到水平极限承载能力 ; 位移角约

第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 135 2.2% 时, 整个结构扭曲呈 S 形变形 ( 图 6(e)), 承载力下降超过 15% 图 6 试件典型破坏图 Fig.6 Typicaldamagetothespecimen 从试验现象看出试件有较高的初始侧向刚度和承载力峰值荷载 (691.5kN), 极限位移约为高度的 2.

2 滞回性能试件整体水平荷载 - 侧移关系如图 7, 试件骨架曲线如图 8 由图 7 可见试件屈服后, 卸载刚度比弹性刚度有所降低 ; 环体呈现较为明显的反 S 形, 有一定捏缩现象整体高宽比较大呈现较为明显的弯曲变形, 整体属弯剪型由图 8 可见在塑性流动阶段承载力下降较为平缓, 整体侧移可达 71.46mm, 侧移角为 2.2% 试件的延性系数大于 3.

4 第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 % 时, 整个结构扭曲呈 S 形变形 ( 图 6(e)), 承载力下降超过 15% 图 6 试件典型破坏图 Fig.6 Typicaldamagetothespecimen 从试验现象看出试件有较高的初始侧向刚度和承载力峰值荷载 (691.5kN), 极限位移约为高度的 2.2% 破坏模式为: 内嵌墙板拉力带发育充分, 多处开裂发生局部破坏, 框架柱底部及柱顶部形成塑性铰, 框架柱全段屈服, 试件面内呈弯剪破坏模式, 面外弯扭失稳控制了最终承载力一二层内嵌墙板在反复荷载作用下局部撕裂, 内嵌板面外残余变形达 30mm 试件破坏过程缓慢, 属于延性破坏, 试件最终破坏模式如图 6(f) 2.2 滞回性能试件整体水平荷载 - 侧移关系如图 7, 试件骨架曲线如图 8 由图 7 可见试件屈服后, 卸载刚度比弹性刚度有所降低 ; 环体呈现较为明显的反 S 形, 有一定捏缩现象整体高宽比较大呈现较为明显的弯曲变形, 整体属弯剪型由图 8 可见在塑性流动阶段承载力下降较为平缓, 整体侧移可达 71.46mm, 侧移角为 2.2% 试件的延性系数大于 3.8, 表明该结构具有良好的塑性变形能力图 7 滞回曲线 Fig.7 Hystereticcurves 图 8 骨架曲线 Fig.8 Skeletoncurves 2.3 框架柱受力分析以东柱为例, 由图 9 可见前期柱截面变形基本满足平截面假定, 柱中腹板受力不大, 变形基本对称在位移控制后期, 内嵌墙板拉力带作用效果明显, 与墙板连接的柱翼缘及腹板在压弯剪复合受力状态下, 截面变形加大, 柱中腹板变形远大于翼缘钢柱平面外弯扭变形严重, 两柱内外翼缘变形不对称, 此时平截面假定不再适用框架首先在一层柱脚形成塑性铰, 一层柱全段逐渐进入屈服, 然后二层柱底部形成塑性铰, 柱顶部形成塑性铰, 最终二层柱全段也逐渐屈服当结构达到极限承载力时, 两层钢板充分发挥其屈曲后耗能

地１３６震工程与工程振动第３７卷能力在反复荷载作用下内嵌板陆续多处局部撕裂承载力并没有明显下降各层框架柱脚及柱顶处均已形成塑性铰最终柱全段屈服图９东柱各截面应变关系Ｆｇ９Ｓｐｆｖｕｕｍ２４钢梁受力分析中间梁通过上下翼缘采用连接板与墙体连接墙体同时起到约束中梁变形的作用中间梁作为层与层之间水平荷载传递构件中梁截面应变关系如图

5 地１３６震工程与工程振动第３７卷能力在反复荷载作用下内嵌板陆续多处局部撕裂承载力并没有明显下降各层框架柱脚及柱顶处均已形成塑性铰最终柱全段屈服图９东柱各截面应变关系Ｆｇ９Ｓｐｆｖｕｕｍ２４钢梁受力分析中间梁通过上下翼缘采用连接板与墙体连接墙体同时起到约束中梁变形的作用中间梁作为层与层之间水平荷载传递构件中梁截面应变关系如图１０由图可见２０δ 能ｙ之前截面变形基本满足平截面假定较真实反应梁的实际受力状态变形基本对称在位移控制后期内嵌钢板拉力带作用效果明显受剪增大０δ 中梁西端在推截面变形加大此时平截面假定不再适用试件仅梁东端在４ｙ拉向加载上翼缘受压屈服拉荷载作用下均未发生明显屈服图１０钢梁各截面应变关系Ｆｇ１０Ｓｐｆｖｕｂｍ２５半刚性连接节点的受力分析梁柱节点采用典型半刚性连接节点端板连接采用式１近似计算转角 α 式中ｄｐ为百分表的测试数据

第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 137 α=arccos[ 12500-( 250 槡 2+disp) 2 ]- π (1) 12500 2 试件节点荷载转角关系如图 11 所示在 300kN 加载阶段以前, 曲线呈线性变化, 一层梁转角最大为 0.003rad; 加载至 14mm, 底层梁转角最大为 0.

6 第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 137 α=arccos[ ( 250 槡 2+disp) 2 ]- π (1) 试件节点荷载转角关系如图 11 所示在 300kN 加载阶段以前, 曲线呈线性变化, 一层梁转角最大为 0.003rad; 加载至 14mm, 底层梁转角最大为 0.006rad, 一层梁转角最大为 0.008rad, 二层梁转角最大为 0.003rad; 加载至峰值荷载时, 底层梁转角最大为 0.007rad, 一层梁转角最大为 0.025rad, 二层梁转角最大为 0.011rad; 在后期位移控制阶段, 试件进入塑性, 钢板面外变形大加载初期试件节点转动不明显, 内嵌墙板角部存在一定的衬板作用, 转动较小试件后期所有节点转动均较为明显, 节点刚度有所下降总体而言, 节点连接刚度退化趋势较为缓慢, 随着后期钢板的塑形发展, 对节点的受力性能影响有限图 11 荷载 - 转角关系 Fig.11 Rotationversusload 2.6 内嵌墙板性能分析试件加载过程中两层内嵌墙板均发生明显的面外变形, 卸载后变形不可恢复, 最终均形成较明显的 X 型残余变形, 钢板表面凹凸不平, 两层内嵌板角部和中部多处撕裂, 撕裂后内力重分布, 试件承载力没有明显下降底层内嵌板面外变形最终达 30mm 左右 2.7 结构整体受力机理一层柱底截面的剪力见表 2 加载初期, 东西两柱表现为整体倾覆弯矩受压柱承担剪力较大, 对角拉力带形成以后, 受拉侧柱承担剪力迅速增加, 超越受压侧柱, 其原因为对角拉力带形成后, 形成类似于受拉支撑作用, 支撑承担的水平荷载直接传递到与其相连侧柱各加载级的内嵌墙板的剪力分配系数均值约为 75%, 框架承担约 25% 的剪力循环东柱表 2 两柱底剪力汇总及分配关系 Table2 Shearaggregationanddistributionofthetwocolumnbotom 西柱推方向水平荷载 V c /V V p /V 东柱西柱拉方向水平荷载 100kN kN kN kN kN kN V c /V V p /V

7 138 地震工程与工程振动第 37 卷将框架 - 钢板墙结构等效为悬臂受弯结构, 在弹性阶段应符合平截面假定, 按照图 12 计算结构的倾覆弯矩分配情况力的平衡条件应满足式 (2) 的要求 M=M c +M w M=Ph+2FΔ M c +N 1 l 1 +N 2 l 2 +M 1 +M 2 (2) l=l 1 +l 2 其中 :M 是计算截面处总倾覆弯矩, 包括由水平荷载 P 距其 h 处和竖向荷载 F 在加载位移 Δ 下共同产生 ;M c M w 分别为计算截面处钢框架柱和剪力墙承担的倾覆弯矩 ;M 1 M 2 为计算截面处钢框架柱中产生的弯矩 ;N 1 N 2 为计算截面处钢框架柱中产生的轴力根据截面平截面假定, 则可以获得 l 1 l 2 与轴力 N 1 N 2 成正比例关系, 由此可以获得倾覆弯矩的分配关系框架柱 - 剪力墙之间分担抗倾覆弯矩的大小和变化规律, 以推方向东柱底为例见表 3 图 12 弯矩分配关系图 Fig.12 Distributionofmoment 加载级 M c = N2 1+N 2 2 N 1 +N 2 l+m 1 +M 2 (3) M w =M-M c 表 3 两柱底弯矩汇总及分配关系 Table3 Momentaggregationanddistributionofthetwocolumnbotom M 1 M 2 M c M (kn m) M c /M ( 式 3) 倾覆弯矩轴力实测轴力 100kN kN kN kN kN kN M c /M 由数据分析可知, 框架基本承担了全部倾覆弯矩的 95%, 从 400kN 加载级开始, 采用公式 (3) 计算框架柱承担的截面弯矩大于倾覆弯矩, 采用假定法计算的轴力从 200kN 加载级开始小于实测轴力, 究其原因为内嵌墙板屈曲后形成拉力场作用于框架, 附加轴力和附加弯矩开始出现且增加, 导致整体倾覆弯矩产生的截面弯矩和轴力无法分离, 使得弯矩分配系数开始大于 kN 加载级时, 框架底部承担的附加轴力已高达整体倾覆轴力的 34%, 附加作用明显框架承担 95% 以上的倾覆弯矩和竖向荷载在半刚接框架钢板剪力墙结构体系中, 结构的倾覆弯矩基本由框架承担, 水平荷载由双重抗侧力体系两部分承担 : 框架靠剪切变形抵抗部分水平荷载, 梁柱半刚接弱化了结构的整体刚度, 框架承担约 25% 的水平荷载框架梁通过连接板与剪力墙等强连接, 作为传递水平荷载的构件, 剪力墙承担约 75% 的水平荷载, 并通过其塑性变形耗散能量 3 有限元分析为了研究影响钢板剪力墙性能的主要因素, 选取试件的第二层作为研究对象, 等效模型如图 13(a) 此单层钢板剪力墙尺寸 L H 为 1200mm 1200mm(L 为钢板墙宽,H 为钢板墙高 ) 框架梁通过耦合自由度的方法为刚性横梁, 边框构件选用 Beam188 单元, 梁柱节点通过释放自由度形成铰接, 同时梁柱连接节点设置 Combin39 单元模拟半刚接, 内嵌墙板选用 Shel181 单元应力应变选用理想弹塑性模型, 钢材屈服强度取 235N/mm 2, 弹性模量取 2.1E5N/mm 2, 取屈曲面外变形的 1% 作为初始缺陷有限元模型如图 13(b)

ｍｄ表４梁柱节点连接特性Ｔｂ４Ｂｍｕｍ试件编号ＰＲ１ＰＲ２ＰＲ３节点受弯承载力０２０Ｍｐ０６０ＭｐＭｐ图１４Ｓ平均Ｓ最大和 ω之间的关系Ｆｇ１

8 第６期于金光等钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究１３９半刚性节点采用Ｋ和Ｃ三参数幂函数模型如式４梁柱节点连接特性如表４其中Ｍｕ为梁柱节点连接极限弯矩承载力Ｍｐ为梁柱节点连接塑性弯矩承载力Ｍｕ应满足式５Ｍ１ θ Ｒｋ１ＭＭｕ１４１２ＭｕＭｐ５图１３有限元模型的建立Ｆｇ１３Ｅｂｍｆｆｍｍｄ表４梁柱节点连接特性Ｔｂ４Ｂｍｕｍ试件编号ＰＲ１ＰＲ２ＰＲ３节点受弯承载力０２０Ｍｐ０６０ＭｐＭｐ图１４Ｓ平均Ｓ最大和 ω之间的关系Ｆｇ１４ＲｐｂｗＳｖｇＳｍｘｄω 图１５试验试件Ｆｇ１５Ｔｐｍ为使内嵌墙板的拉力带充分发育框架柱应有足够的刚度采用无量纲参数柱柔度 ω来反映边框柱与钢板墙的相对刚度柱柔度定义如下

9 140 地震工程与工程振动第 37 卷 4 h 4 t ω=0.7 (6) 槡 2LI 其中,h 为柱高度,t 为内嵌墙板板厚度,L 为试件跨度,I 为柱截面惯性距图 15(a)~ 图 15(d) 给出了 HPP F 1 SPSW N 和 SPSW S 试件框架柱的变形图试验表明, 试件柱柔度系数 ω 2.5, 柱整体无明显的内凹变形, 试件柱柔度系数 ω>2.5 时, 试件柱出现明显的弯曲内凹变形编制正交试验表 5, 因素分别取柱柔度系数内嵌墙板高厚比柱柔度 ω 的选用原则 : 按照图 14 计算 S 平均 /S 最大分别达到 100%,90%,83% 和 70% 时所对应的 ω 值 ( 分别为 ); 高厚比取 1 2 3, 分别对应 W1 W2 和 W3 表 5 试件正交试验表 Table5 Theorthogonaltesttable 因素试件名称柱柔度高厚比 (H/tw) C1 1.0 C1-W1 C1-W2 C1-W3 C2 2.1 C2-W1 C2-W2 C2-W3 C3 2.5 C3-W1 C3-W2 C3-W3 C4 3.1 C4-W1 C4-W2 C4-W W1 W2 W3 表 6 比较了具有不同梁柱节点连接刚度的试件承载能力, 内嵌墙板 ( 完全剪切机理下的嵌墙板 ) 的理论剪切强度 V pu =f v t w L 通常试件的承载能力随着节点连接刚度的增加而增加此外, 梁柱节点连接刚度对承载能力的影响与柱的刚度和内嵌墙板的厚度有关当增加柱的刚度并减小内嵌墙板的厚度时, 这种影响越大试件 C1 W3 显示出对连接刚度的最大响应, 当梁柱节点连接从铰接变为刚性时, 试样 C1 W3 的承载能力提高了 42.2% 试件 C1 W3 梁柱刚接时承载能力比半刚性连接时承载能力高 13.8% 对于柔度系数为 2.5( 例如 C3 系列 ) 的试件, 当梁柱刚性连接比铰接连接时承载能力提高了约 10% 柱柔性系数为 2.1 的试件 ( 例如 C2 系列 ) 节点刚接连接比铰接连接时, 承载能力增加了 23.5% 半刚性连接试件的承载能力与刚性连接的试件的承载能力相似表 6 试件承载能力 ANSYS 计算结果 Table6 ANSYSloadcaryingcapacitycalculation kn 试件 PR1 PR2 PR3 PR3/PR1 PR2/PR1 PR3/PR2 C1-W C1-W C1-W C2-W C2-W C2-W C3-W C3-W C3-W C4-W C4-W C4-W 表 7 比较了内嵌墙板高厚比为 400(W3 系列 ) 的试件, 在梁柱不同连接类型下的剪力分布情况, 表中 V p 表示内嵌钢板所承担的剪力当柱的柔度系数不大于 2.5 时, 无论柱连接刚度如何, 内嵌墙板剪力几乎相同, 差值在 1% 以内, 柱整体无明显的内凹变形, 根据钢板剪力墙技术规程 (JGJ/ ) [11] 四边连接非加劲钢板剪力墙的抗剪承载力计算公式 (7) (8) 计算可得,ω=2.5 时内嵌墙板拉力场发育充分可以达到完全拉力场效应而随着梁柱连接刚度的增加, 钢框架所承担的剪力有较大增加当柱相对柔时, 连接刚度对内嵌墙板的剪力有一定的影响,ω=3.1 时, 最大影响在 6.4%, 拉力场发育不充分

10 第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 141 V V u (7) V u =0.5ft w L c (8) 式中 :V 为钢板剪力墙的剪力设计值 ;V u 为钢板剪力墙的抗剪承载力 ;f 为钢材的抗拉抗压和抗弯强度设计值 ;L c 为钢板剪力墙的净跨度表 7 内嵌墙板的剪力分配 Table7 Thesheardistributionofinfilplate kn 试件 PR1 V p V V p /V PR2 V p V V p /V PR3 V p V V p /V C1-W C2-W C3-W C4-W 结论 (1) 结构整体滞回曲线饱满, 具有良好的耗能能力整体侧移达 71.46mm, 侧移角为 2.2%, 延性系数大于 3.8, 表明该种结构具有良好的塑形变形能力 (2) 结构的破坏模式 : 内嵌板拉力带发育充分, 框架柱底部及柱顶部形成塑性铰, 试件面内呈弯剪破坏模式, 面外弯扭失稳控制最终承载力结构破坏顺序 : 内嵌板屈曲屈服后对角拉力带贯通, 边缘构件出现屈服, 内嵌板撕裂并伴随节点转动 (3) 内嵌墙板和框架协同工作良好, 钢框架为内嵌墙板提供较好支撑作用, 保证了薄钢板墙的传力机理和拉力带的发育, 内嵌墙板的设置缓解了节点延性要求, 增加了结构整体的刚度和稳定性, 形成多道设防水平荷载由框架承担 25%, 由剪力墙承担 75%, 倾覆弯矩和竖向荷载 95% 以上由框架承担 (4) 框架梁柱节点连接刚度对结构体系承载能力的影响与柱的刚度和内嵌墙板的厚度有关具有强柱弱板的结构承载能力受节点连接刚度显著影响, 当连接从铰接变为刚接时, 承载能力增加了 42.2%, 梁柱刚接时的承载能力比半刚性连接时承载能力高 13.8% 对于具有弱柱的结构, 当铰接连接更改为刚性连接时, 试件承载能力增加小于 10% (5) 试件柱柔度系数 ω 2.5, 柱整体无明显的内凹变形, 试件柱柔度系数 ω>2.5 时, 试件柱出现明显的弯曲内凹变形当柱的柔度系数不大于 2.5 时, 无论柱连接刚度如何, 内嵌墙板剪力几乎相同, 差值在 1% 以内当柱为弱柱时, 连接刚度对内嵌墙板的剪力有一定的影响,ω=3.1 时, 最大影响在 6.4%, 拉力场发育不充分参考文献 : [1] LubelAS,HelmutGL,etal.Unstifenedsteelplateshearwalperformanceundercyclicloading[J].JournalofStructuralEngineering,2000, 126(4): [2] 王迎春. 薄钢板剪力墙在压弯剪作用下承载力的试验与理论研究 [D]. 西安 : 西安建筑科技大学,2011. WANGYingchun.Experimentandtheorystudyofbearingcapacityofsteelplateshearwalsoncompoundloadaction[D].Xi an:xi anuniver sityofarchitecture&technology,2011(inchinese). [3] 于金光, 郝际平. 半刚性连接钢框架 - 非加劲钢板剪力墙结构性能研究 [J]. 土木工程学报,2012,45(8): YUJinguang,HAOJiping.Studyonbehaviorofsemi rigidconnectionsteelframeswithunstifenedsteelshearwalstructure[j].chinacivilen gineeringjournal,2012,45(8):74-82.(inchinese) [4] 陈国栋, 郭彦林, 范珍, 等. 钢板剪力墙低周反复荷载试验研究 [J]. 建筑结构学报,2004,25(2): CHENGuodong,GUOYanlin,FANZhen,etal.Cyclictestofsteelplateshearwals[J].JournalofBuildingStructures,2004,25(2):19-26.(inChinese) [5] TsaiKC,LiCH,LinCH,etal.Cyclictestsoffourtwo storynarowsteelplateshearwals part1analyticalstudiesandspecimendesign[j]. EarthquakeEngineering&StructuralDynamics,2010,39: [6] KISHITN.Behavioroftalbuildingwithmixeduseofrigidandspaceframes[J].ComputersandStructures,1996,61(6): [7] 石永久, 王萌, 王元清, 等. 钢框架端板连接半刚性节点受力性能分析 [J]. 工程力学,2011,28(9):51-58.

11 142 地震工程与工程振动第 37 卷 SHIYongjiu,WANGMeng,WANGYuanqing,etal.Analysisonthebehaviorofsteelframeend plateconnections[j].engineeingmechanics, 2011,28(9):51-58.(inChinese) [8] 王燕, 李华军, 厉见芬. 半刚性梁柱节点连接的初始刚度和结构内力分析 [J]. 工程力学,2003,20(6): WANGYan,LIHuajun,LIJianfen.Initialstifnesofsemi rigidbeamtocolumnconnectionsandstructuralinternalforceanalysis[j].enginee ingmechanics,2003,20(6):65-69.(inchinese) [9] 李国强, 胡大柱, 孙飞飞. 半刚性连接组合梁框架足尺模型模拟地震台震动试验 [J]. 建筑结构学报,2009,30(5): LIGuoqiang,HUDazhu,SUNFeifei.Shakingtabletestonacompositebeamframewithsemi rigidconnections[j].journalofbuildingstruc tures,2009,30(5):39-47.(inchinese) [10] 李文岭, 郝际平. 钢梁柱弱轴顶底角钢半刚性连接的抗弯特性 [J]. 华南理工大学学报,2007,35(3): LIWenling,HaoJiping.Flexuralresistanceofsemi rigidconnectionofsteelbeamtocolumnminoraxiswithtopandseatangles[j].journalof SouthChinaUniversityofTechnology,2007,35(3): (inChinese) [11] JGJ/ 钢板剪力墙技术规程 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社,2015. JGJ/ TechnicalSpecificationforSteelPlateShearWals[S].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPres,2015.(inChinese) [12] 于金光, 解琦, 郝际平. 钢板剪力墙结构边框柱的稳定性研究 [J]. 地震工程与工程振动,2015,35(3): YUJinguang,XIEQi,HAOJiping.Studyonthestabilityofsuroundingcolumnsinsteelplateshearwals[J].EarthquakeEngineeringand EngineeringDynamic,2015,35(3): (inChinese) [13] GB 钢结构设计规范 [S]. 北京 : 中国计划出版社,2003. GB CodeforDesignofSteelStructures[S].Beijing:ChinaPlanningPres,2003.(inChinese) [14] JGJ 高层民用建筑钢结构技术规程 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社,1997. JGJ TechnicalSpecificationforSteelStructureofTalBuilding[S].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPres,1997.(inChinese) [15] GB/T 金属材料室温拉伸试验方法 [S]. 北京 : 中国标准出版社,2010. GB/T MetalicMaterialsTensileTestingatAmbientTemperature[S].Beijing:ChinaStandardsPres,2010.(inChinese) [16] GB/T 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 [S]. 北京 : 中国标准出版社,1998. GB/T SteelandSteelProducts:IocationandPreparationofTestPiecesforMechanicalTesting[S].Beijing:ChinaStandardsPres, 1998.(inChinese) [17] JGJ 建筑抗震试验方法规程 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社,1997. JGJ101 96SpecificationofTestingMethodsforEarthquakeResistantBuilding[S].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPres,1997.(in Chinese)

<4D F736F F D20CDF5CFC8CCFA2DB7BDB8D6B9DCBBECC4FDCDC1BFF2BCDC2DD0B1BCD3BEA2B1A1B8D6B0E5BCF4C1A6C7BDB5C4BFB9D5F0D0D4C4DCCAD4D1E9D1D0BEBF>

<4D F736F F D20CDF5CFC8CCFA2DB7BDB8D6B9DCBBECC4FDCDC1BFF2BCDC2DD0B1BCD3BEA2B1A1B8D6B0E5BCF4C1A6C7BDB5C4BFB9D5F0D0D4C4DCCAD4D1E9D1D0BEBF> 第 47 卷第 4 期西安建筑科技大学学报 ( 自然科学版 ) Vol. 47 No.4 215 年 8 月 J.Xi'an Univ. of Arch. & Tech. (Natural Science Edition) Feb. 215 DOI: 1.15986/j.16-793.215.4.8 方钢管混凝土框架 - 斜加劲薄钢板剪力墙的抗震性能试验研究王先铁, 刘立达, 高娅静, 马尤苏夫,

第 6 期 于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 133 umnandreducingthethicknesoftheinfilplate.forthespecimenswithaflexibilitycoeficientofcolumnof2.5, theloa

第 6 期于金光, 等 : 钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究 133 umnandreducingthethicknesoftheinfilplate.forthespecimenswithaflexibilitycoeficientofcolumnof2.5, theloa