薄钢板剪力墙多层结构地震反应分析★

杨 林 袁任远 常永平

(1.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心机械部，北京 100190； 2.河北联合大学建筑工程学院，河北 唐山 063000)

薄钢板剪力墙多层结构地震反应分析★

杨 林1袁任远1常永平2

(1.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心机械部，北京 100190； 2.河北联合大学建筑工程学院，河北 唐山 063000)

利用ADINA分析程序建立了非线性有限元多层结构分析模型，分析了其在地震作用下的受力破坏特征及抗震性能，指出薄钢板剪力墙能够有效的提高结构的抗震性能，具有广阔的应用前景。

剪力墙，薄钢板，有限元

1 计算模型

在文献[1]的基础上，本文通过采用ADINA程序，对钢筋混凝土框架钢板剪力墙结构进行了非线性反应分析，设计了1∶4分析模型，相似系数见表1。试验中选用1940年El Centro(NS)地震波作为该模型的地震动输入，并采用C30混凝土,换算后的模型峰值加速度见表2，其薄钢板剪力墙参数见表3。

表1 模型的相似系数

表2 模型/原型峰值加速度 gal

表3 薄钢板剪力墙参数表

2 抗震性能分析

图1和图2分别为8度罕遇320 gal时的顶层相对基础加速度时程曲线和顶层相对位移时程曲线对比图。首先，通过对加速度进行分析，可知，在不同板厚不同烈度的情况下，随钢板厚度或烈度的增大，其加速度反应也越大。而其中有些数值不呈现这一规律，这是因为该试件在地震作用下破坏较早，试件承受地震波的时间较短造成的。同时，从图1加速度时程曲线图上可以明显的看到，在地震波加速度峰值为320 gal的情况下，试件MCFW-0只经历了3.82 s的地震动持时就发生了破坏，而MCFW-0.50truss则经历了整个地震动持续时间5.60 s而未发生整体破坏，这就说明MCFW-0.50truss具有良好的延性、承载力和抗震性能。然而，试件MCFW-0各层的加速度反应和位移反应同其他试件相比大大增加，而且随地震持时的增长，其地震反应越来越大。分析原因，是因为MCFW-0在地震作用下，结构发生了塑性变形，局部出现损伤而使得结构的自振频率大大降低。而降低后结构的频率正好和输入地震波基频相同，因而导致类共振现象发生，从而使得加速度和位移反应增大。其次，从图1，图2中也可看到，随楼层数的增加，相对位移值逐渐增大，顶层的相对位移值最大。且随钢板厚度的增加，相对位移值越小。这是因为钢板越厚，整体刚度越大，越近乎刚体，上部结构位移变形越小。

图3和图4分别为MCFW-0.50truss在7度大震作用下，弹性变形阶段以及塑性变形阶段结构振型图。可以看到，在结构未发生塑性变形前，结构整体按第一振型变化，塑性变形后结构则呈现第二、第三等更多高阶振型。

表4列出了各工况试件最大层间位移角值。其中，除了MCFW-0在8度和9度罕遇地震时的层间位移角达到1/11和1/2之外，其余各工况均满足GB 50011-2001中要求。可见，添加了薄钢板之后的框架结构体系与纯框架结构体系相比，能有效控制结构的层间位移角，提高结构的抗震性能。此外，通过对模型应力应变分析表明，试件在地震波作用下，其杆件应力和应变随钢板厚度的增大而变小；同种试件随地震烈度的增大而增大。特别是在9度大震的情况，所有试件的杆件应力均超过215 N/mm2，钢板均发生屈服。部分试件发生破坏时的塑性曲率如图5所示。

表4 最大层间位移角

3 结语

本文在薄钢板剪力墙多层结构ADINA非线性分析模型的基础上，通过对其各层加速度、位移、位移角以及应力应变等参数进行分析表明，采用本文的薄钢板组合剪力墙能够有效的提高结构的抗震性能，具有广阔的应用前景。

注：第二作者对本文的贡献等同于第一作者。

[1] 杨 林,苏幼坡.钢筋混凝土框架薄钢板组合剪力墙滞回特性有限元分析[J].工程抗震与加固改造，2005,27(3):8-16.

[2] 苏幼坡,刘英利.薄钢板剪力墙抗震性能实验研究[J].地震工程与工程震动，2002,22(4):81-84.

Seismic behavior analysis of multi-storey thin steel-plate shear wall★

YANG Lin1YUAN Ren-yuan1CHANG Yong-ping2

(1.PatentExaminationCorporationBeijingCenterofSIPO,Beijing100190,China;2.CollegeofCivilandArchitecturalEngineering,HebeiUnitedUniversity,Tangshan063000,China)

An ADINA nonlinear finite element multi-storey model was established in this paper, and the load-carring capacity, seismic behavior under earthquake load were analyzed in detail, pointed out that the thin steel-plate shear wall could effectively improve the seismic performance of the structure, had broad application prospect.

shear wall, thin steel-plate, FEM

1009-6825(2014)30-0057-02

2014-08-19★：河北理工大学科学研究基金项目(项目编号：Z0820)

杨 林(1978- )，男，博士，副研究员； 袁任远(1984- )，男，硕士，助理研究员； 常永平(1979- )，女，硕士，讲师

TU973.16

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