带缝钢板剪力墙弹性稳定性分析

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1、带缝钢板剪力墙弹性稳定性分析曹志亮（北京赛博思工业化住宅集成系统工程有限公司，北京100089）摘要：介绍了一种新型的抗侧力构件——带缝钢板剪力墙，利用有限元软件ANSYS模拟分析了各种参数对剪篱墙弹性屈曲荷载的影响，并在此基础上通过数学回归分析得出了带缝钢板剪力墙的弹性屈曲荷载计算公式。分析结果表明：剪力墙宽高比B/H、剪力墙的高厚比H/t、缝与剪力墙高度比h/H是影响剪力墙弹性屈曲荷载的重要参数；拟合公式与有限元分析结果非常吻合，可以满足工程精度的需要。关键词：带缝钢板剪力墙；弹性稳定性；有限元ElasticStabilityanaly

2、sisofsteelshearwallwithslitsCAOZhi-liang(BeijingSBSIndustrializationHousingLtd,Beijing100089,China)Abstract:Basedonthepreviousresearchworkdoneonslitshearwall,elasticStabilityanalysisofslitsteelshearwallisdoneinthispaperbyusingFEMStructureanalysisprogram－ANSYS.Theresultshow

3、ed:width-to-heightratioB/H、heightratioofslitandplaneandaretheimportantparameterswhichinfluenceelasticStabilityanalysisofslitsteelshearwall.Theformulateforelasticbucklingloadofslitsteelshearwallwithstiffenerisproposed.Keywords:steelshearwallwithslits;ElasticStability;finite

4、elementmethod引言图1带缝钢板剪力墙示意图带缝钢板剪力墙作为建筑钢结构中的新型抗侧力构件，同钢筋混凝土剪力墙相比较，具有自重小、延性好、节省空间和施工速度快等优点。在地震区采用钢框架抗震墙结构比钢框架结构可大幅度降低用钢量。采用钢板剪力墙对现有建筑进行抗震加固。由于其自重很轻。——往往可以不必对下部基础进行改造。从而节省投资和时间[1]。带缝钢板剪力墙是指在钢板上用激光以一定的间距b切割出高h，宽10mm左右的一排或几排竖缝，通过合理的参数设计，保证具有一定刚度的前提下，不发生平面外失稳，不发生脆性剪切破坏，具有良好塑性、延性及

5、耗能能力，近年来在日本已经开始应用，但目前国内尚处于初步研发阶段。在前期理论分析和试验过程中发现在剪力墙尚未达到其屈服荷载之前就形成整体平面外失稳。我国《高层建筑民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99—98）规定钢板剪力墙剪切弹性屈曲不先于剪切屈服，更何况由于钢板剪力墙的过早屈曲会导致缝间壁无法进入塑性状态，这样就无法发挥带缝钢板剪力墙的优势—利用缝间壁形成塑性铰从而起到在地震作用下耗能的作用，因此本文应用有限元软件—Ansys对带缝钢板剪力墙的弹性稳定性作了分析。1.B/H对剪力墙弹性稳定性的影响在研究B/H对剪力墙弹性稳定性影响的过程中取

6、加劲肋与剪力墙的面外刚度比图2B/H对剪力墙弹性稳定性影响=30（为带缝钢板剪力墙与加劲肋的平面外刚度比，详见文献[2]）、h/b=4、H/t=150、200、250、300，B/H=0.4～2.0共44组模型进行分析。当H/t相同时随着B/H的增大，钢板剪力墙的弹性屈曲应力降低，当B/H≤1时，下降趋势较明显，B/H=1与B/H=0.4时相比降低了1.73～1.8倍，随后下降曲线趋于平缓，当B/H>1.5时，B/H—曲线的斜率几乎为零。随着H/t的增大，B/H对剪力墙屈曲应力的影响程度逐渐降低，总的来说，B/H对带缝钢板剪力墙弹性屈曲应力

7、的影响，基本上与对未开缝剪力墙一样，随着B/H的增大剪力墙的弹性屈曲应力降低（图2）。2.H/t对剪力墙弹性稳定性的影响高厚比H/t对未开缝的剪力墙的弹性屈曲荷载起着决定性作用，按照板的高厚比的不同，可以分为厚板、薄板和薄膜3种，三种类型的板由于板内产生的横向剪力引起的剪切变形和弯曲变形所占比例的不同，有着不同的屈曲特征、屈曲后行为以及形成机构的破坏形式[3]。在B=0.5H、1.5H两种情况下，H/t=100～400的范围内，H/t与剪力墙屈曲应力成反比，尤其在100≤H/t≤200时，随着H/t的增大，剪力墙的弹性屈曲应力急剧下降，当H

8、/t≥100时，弹性屈曲应力的下降曲线趋于平缓（图5a）；而H/t—Qcr/Qe（h/b=3）关系曲线（图5b），也类似于-H/t关系，随着H/t的增大剪力墙的弹性稳定性也在变差