CFST框架-SPWS结构的地震响应分析.pdf

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1、第27卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．27No．32010年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2010CFST框架-SPWS结构的地震响应分析侯健，王建安(1．西安交通大学土木工程系，陕西西安710049；2．机械工业勘察设计研究院，陕西西安710043)摘要：对一按8度抗震设防的钢管混凝土框架-带竖缝钢板剪力墙结构(简称CFST框架-SPWS结构)，基于I_5·DYNA有限元程序对其进行了常遇地震作用下的动力响应分析，及罕遇地震作用下的倒塌分析。同时，进行了无

2、带竖缝钢板剪力墙的框架结构在相应地震作用下的动力响应分析及倒塌分析。对比分析结果表明：钢管混凝土框架一带竖缝钢板剪力墙结构具有良好的抗震性能，在较高水平地震作用下，其结构局部破坏总是先于钢板剪力墙中出现，从而阻止或延缓了结构其他部位的破坏；钢管混凝土框架．带竖缝钢板剪力墙结构的抗倒塌能力明显强于不带钢板墙的结构，且在相同的地震作用水平下，有剪力墙结构的层间侧移明显小于无剪力墙结构。关键词：钢管混凝土框架．带竖缝钢板剪力墙；LS．DYNA；动力分析；倒塌中图分类号：TU392．3文献标识码：A文章编号：1672-7

3、037(2010)03-0051-05钢板剪力墙结构是2O世纪7O年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系，且已经在一些地区1工程概况的建筑结构工程中得到应用⋯。钢板剪力墙由于其具有稳定的滞回特性和大的塑性能量吸收能位于8度抗震设防区，设计地震分组为第二力，且自重轻，已成为一种非常具有应用价值的高组，Ⅱ类场地土的某十一层钢管混凝土框架结构层结构抗侧力体系。然而，由于钢板剪力墙宽厚住宅，标准层建筑平面布置如图1所示。在一至比过大，往往导致其平面外失稳屈曲先于塑性失十层结构中跨中间梁的中部分别布置一片带缝钢效。为防止平面

4、外屈曲的发生，需要增加平面外板剪力墙(图2)。为调节墙的刚度，一至五层钢支撑或外包混凝土，导致造价上升，从而限制了其板剪力墙设置三道竖缝，六至十层钢板剪力墙设应用。置两道竖缝。设计框架柱为方钢管混凝土柱，其近年来，日本开始应用一种带竖缝钢板剪力截面尺寸为350rllrfl×350inrlfl，钢板厚度一至三墙J。将开缝的概念引入到钢板剪力墙中，可减层为12I／lln，四至十一层为10lni／l，钢材均为小钢板的宽厚比，从而提高钢板剪力墙的稳定性，Q345，内填c40混凝土。框架梁为H型钢梁，截而且，通过调整竖缝的

5、间距、长度等，可以方便地改变墙体的刚度。这种带竖缝钢板剪力墙结构具有方便施工、布置灵活、刚度可调、适用范围广等优点。本文基于LS—DYNA有限元程序对一钢管混凝土框架一带竖缝钢板剪力墙工程实例结构进行了地震作用下的动力响应及倒塌分析，同时对比分析了无带缝钢板剪力墙的框架结构。结果表明，钢管混凝土框架一带竖缝钢板剪力墙结构具有良好的抗震性能、较小的层间侧移、较强的抗倒塌能力等优点。图1标准层结构平面布置图收稿日期：2010-05．17修回日期：2010-06-06作者简介：侯健(1980一)，男，陕西咸阳人，讲师，

6、博士，研究方向为结构抗震与分析(Email：houjian0323@163．eom)·52·华中科技大学学报(城市科学版)2010年LS。DYNA中的材料PlasticKinematic模型。对Q345钢材，材料密度为7800kg／m，弹性模量为200GPa，泊松比为0．27，屈服强度为300MPa，屈服后强化模量为2GPa，断裂失效塑性变形为1％；对Q235钢材，材料密度为7800kg／m，弹性模量为210GPa，泊松比为0．27，屈服强度为210MPa，屈服后强化模量为2GPa，断裂失效塑性变形为1％；钢管内

7、填C40混凝土，材料密度为2500kg／m，弹性模量为32．5GPa，泊松比为0．2，屈服强度为19．1MPa，屈服后强化模量为0，断裂失效塑性变形为0．38％；对于钢筋混凝土楼板近似将其看作均质单一材料，仍采用PlasticKinematic模型，材料密度为2500kg／m，弹性模量为30GPa，泊松比为0．2，屈服强度为30MPa，屈服后强化模(a)一至五层量为0，断裂失效塑性变形为0．38％。为了能尽可能客观真实地反映带缝钢板墙的工作性能，尤其是两竖缝问的“小柱”的性能，如2匡∞2如，一∞则在单元划分时钢板

8、墙单元应尽可能小。此次，～．将两缝问的每个“小柱”分为两列四行共8个单兀03计算结果及分析_l根据E1一Centro地震波向记录，选取其峰值一加速度所在一段持时共4s的记录，如图3所示，一¨并根据结构设计的抗震设防能力，分六种不同工况(地震波峰值不同，但波形相同)进行加载分～～析。六种不同工况下的波峰值分别为：2，4，6．2，三(b)六至十层9．12，15m／s。～图2带