劉義航 萬馨 劉一

關(guān)鍵詞：外肋板節(jié)點;鋼板剪力墻;抗震性能;有限元分析

隨著我國建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷成熟，剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種良好的抗震結(jié)構(gòu)體系開始被不斷研究并應(yīng)用于各種大型高層建筑。聶建國等對雙鋼板一混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列試驗及有限元研究，結(jié)果表明，此種剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)良，并對此提出了相應(yīng)的設(shè)計建議。伍云天等剪力墻體系進(jìn)行了一系列研究，并提出了以耦連比為基本參數(shù)，通過形成連梁和墻肢的雙重防線來耗散能量的聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計方法，為了能將鋼板混凝土組合剪力墻與鋼連梁有效連接，充分發(fā)揮兩者的抗震性能，節(jié)點形式尤為重要。萬馨、相景森等提出一種新型的墻梁節(jié)點形式，即通過外肋板將雙鋼板組合剪力墻與鋼梁焊接，此種節(jié)點構(gòu)造相對簡單，可以直接將剪力墻和鋼梁進(jìn)行連接，并且此種節(jié)點形式抗震性能優(yōu)良，可有效應(yīng)用于剪力墻結(jié)構(gòu)中。

本文在外肋板式節(jié)點形式的基礎(chǔ)上，研究基于外肋板節(jié)點的雙肢組合鋼板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的受力性能，分析剪力墻結(jié)構(gòu)在低周往復(fù)荷載下的抗震性能，可以進(jìn)一步推廣剪力墻結(jié)構(gòu)，有利于提高剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用。

1有限元模型的建立

1.1有限元模型及參數(shù)設(shè)計

試件模型高3.0m，由兩面剪力墻中間通過鋼連梁連接組成，分別往剪力墻內(nèi)部澆筑等級為C30的混凝土，鋼材采用Q235鋼材，剪力墻和外伸梁通過外肋板連接，外伸梁與鋼連梁上下翼緣都是通過焊接進(jìn)行連接，腹板的連接方式選擇為螺栓連接，螺栓選用的為10.9級M20高強螺栓。

結(jié)構(gòu)通過改變剪力墻軸壓比、墻肢鋼板厚度來研究各參數(shù)對試件抗震性能的影響，其中鋼連梁截面尺寸均為175x244x8x12（mm），外伸梁截面尺寸均為200x244x8x12（mm），外肋板和拼接板厚度均為12mm。各模型參數(shù)均基于BASE模型進(jìn)行改變，參數(shù)變化見表1。

1.2材料本構(gòu)模型

本文鋼材采用簡化的雙折線模型進(jìn)行有限元分析，其中Q235鋼材f=269MPaf=387MPa，對應(yīng)的屈服應(yīng)變及極限應(yīng)變分別取0.02和O.2泊松比取0.3，E=2.06x105MPa，鋼材在屈服之前可以采用Von-Mises準(zhǔn)則，選擇隨動硬化模型。螺栓鋼材f=1005.6MPaf=1117.5MPa，E=2.11x105MPa。

混凝土采用ABAQUS軟件中的損傷塑性模型，其可以用于混凝土在各種荷載組合下的受力分析，具有良好的收斂性。彈性模量E=3.25x104MPa，泊松比取0.2，膨脹角取30。，偏心率取0.1，初始等效雙軸抗壓屈服應(yīng)力與初始單軸抗壓屈服應(yīng)力比值為1.16，控制平面上曲線形狀參數(shù)K=0.66667，黏性系數(shù)取0.0005。

2有限元模型計算結(jié)果及結(jié)構(gòu)抗震性能分析

2.1 BASE模型破壞分析

在剪力墻頂端加載初期，各構(gòu)件均無明顯變化。當(dāng)剪力墻位移荷載加到屈服荷載△時，鋼連梁翼緣發(fā)生輕微屈曲，連梁作為第一道防線，首先屈服。隨著荷載的增大，鋼連梁彎曲變形逐漸加大，剪力墻底部應(yīng)力也逐漸增大，剪力墻底部出現(xiàn)塑性鉸。當(dāng)位移荷載增加到5△，左右時，結(jié)構(gòu)達(dá)到其峰值荷載，剪力墻鋼板出現(xiàn)鼓曲。剪力墻頂端位移荷載繼續(xù)增大，在結(jié)構(gòu)最終達(dá)到極限承載力時，剪力墻底部鋼板嚴(yán)重鼓曲，結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞，加載結(jié)束，如圖1。

2.2軸壓比對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

2.2.1滯回曲線和骨架曲線分析

由圖2可以看出，試件的滯回曲線均呈現(xiàn)比較飽滿的形態(tài)，并且軸壓比越大的試件，其滯回曲線相對更加飽滿一些。隨著水平位移荷載及循環(huán)次數(shù)的不斷變大，試件逐漸開始屈服，試件屈服后每級荷載下的滯回環(huán)開始越來越飽滿。在試件加載后期，試件承載力變化速率比較緩慢，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較好的后期變形能力。

2.2.2延性分析

由表2可以看出，試件延性性能較好。軸壓比大的試件的延性會有一定程度的下降，其中軸壓比由0.2增加至0.5時，延性系數(shù)從7.35下降到6.36，降低了13.5%。

2.2.3耗能分析

根據(jù)表3可知，各模型試件E值都大于2，he值都大于0.3，這表明各試件均具有相當(dāng)不錯的耗能能力。隨著軸壓比的變大試件的耗能能力變強。

2.3墻肢鋼板厚度對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

2.3.1滯回曲線分析

通過圖3中可以發(fā)現(xiàn)，鋼板厚度小的試件的滯回曲線有輕微的捏縮，在加載初期，試件的滯回曲線無明顯區(qū)別，滯回環(huán)的面積都很小。但當(dāng)位移不斷增大后，鋼板厚度大的試件的滯回環(huán)的面積明顯大于鋼板厚度小的試件，其滯回環(huán)更為飽滿。

2.3.2延性分析

由表4可以看出，隨著鋼板厚度的增加，試件的肛值會降低，鋼板厚度由6mm增加到8mm，下降了11.9%，鋼板厚度由8mm增加到lOmm，下降了1.1%，鋼板厚度由10mm增加到12mm，下降了27.3%，下降幅度非常大。

2.3.3耗能分析

根據(jù)表5可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼板厚度由6mm提升到12mm后，其he值增加了13.4%，說明墻肢鋼板厚度對結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能能力有一定程度的影響。但鋼板厚度提升到12mm后，試件的延性會有大幅下降。

3結(jié)論

本文對基于外肋板節(jié)點的雙肢組合鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了一系列研究，以剪力墻軸壓比、墻肢鋼板厚度等為參數(shù)，對結(jié)構(gòu)在低周往復(fù)荷載作用下的抗震性能進(jìn)行了有限元模擬，得出了以下結(jié)論：

（1）基于外肋板連接的雙肢組合鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)具備優(yōu)秀的抗震性能，在低周往復(fù)荷載作用下，其滯回曲線基本呈現(xiàn)為飽滿的梭形，耗能明顯，并且具有良好的延性和后期變形能力。

（2）軸壓比變大，結(jié)構(gòu)承載能力會有提升，延性略有下降，耗能能力有小幅提升。

（3）隨著鋼板厚度的提升，結(jié)構(gòu)承載能力會得到提升，同時耗能能力也有一定提升，但其延性也會明顯下降。當(dāng)鋼板厚度由10mm增大至12mm后，結(jié)構(gòu)的承載能力有一定提升，但是延性系數(shù)下降27.3%，下降較大。因此，墻肢鋼板厚度不宜過大。