内嵌墙板钢框架等效多杆模型研究.pdf

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1、58低温建筑技术2013年第5期(总第179期)内嵌墙板钢框架等效多杆模型研究杨晓杰，房明，孙建运，高松召，金晓飞(1．中国建筑股份有限公司技术中心。北京1013OO；2．哈尔滨工业大学．哈尔滨150090；3．中冶焦耐(大连)工程技术有限公司。辽宁鞍山114001l【摘要】等效单杆模型在弹性阶段可以较好的模拟内嵌墙板钢框架结构中内嵌墙板的作用，但当结构进入塑性后，等效单杆模型将无法真实反映整体结构的响应。为此，根据轻质内嵌墙板在侧向水平荷载作用下的变形及应力分布规律，提出了可用于内嵌墙板钢框架结构弹塑性分析的等效多杆简化模型，并根据精细化

2、的实体模型分析结果对该模型的可行性和有效性进行了验证，确认等效多杆模型可以准确地模拟地震荷载作用下内嵌墙板钢框架结构的抗震性能。【关键词】内嵌围护墙板；等效多杆模型；有效宽度；板宽影响系数【中图分类号】TU392【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2013)05—0058—04等效单杆的概念由Polyakov于1956年首次提出，即在侧向荷载作用下，框架和填充墙之间的应力只在填充墙的受压区边界互相传递，填充墙的作用如同桁架系统中的对角压杆。对于内嵌墙板的抗侧刚度及对角压杆简化模型作用，国内学者也开展了大量的基础性研究工作，其中文

3、献提出了内嵌围护墙板钢框架结构的等效单杆模型，其在弹性阶段可以圈1墙板变形云图图2墙板应力分布云图较好的模拟内嵌墙板对整体结构初始刚度的贡献。但当墙板进入塑性后，单杆模型则不能准确反映其受力特征。产生这一问题的原因是：在实际结构中，随着侧向荷载的增加，随着各块墙板分别进入塑性，结构的整体刚度虽然在逐步降低，但承载力仍可缓慢增加，直至结构破坏；而在等效单杆模型中，单杆一旦破坏，支撑体系就变成了机构，完全丧失了抗侧能力。针对等效单杆模型的局限性及结构抗震性能分图3等效多杆模型示意图析的需要，本文根据轻质内嵌墙板在侧向水平荷载作用下的变形及应力分

4、布规律，提出可用于结构弹塑性固定钢框架的跨度(工)，分析单杆有效宽度()与分析的等效多杆简化模型，并考察统计了结构参数对heosO及A的关系，然后再变化钢框架的跨度()，考其简化模型的影响规律。虑其对单杆有效宽度的影响。分析时选定工程中较1等效多杆模型常用的墙板宽度(6001nln)为单块墙板宽度。框架跨内嵌分块轻质墙板的钢框架结构在侧向水平荷度不变(L=4．5m)，高度变化时，模型参数如表1载作用下的变形及墙体应力分布如图1、图2所示。所示。可以看出，每块墙板的主应力分布在其对角线的范围内。根据等效单杆的概念，每块墙板可简化为一根单杆，内

5、嵌分块墙板的钢框架结构可简化成等效多杆模2．9型，如图3所示。4．5等效多杆模型中每根单杆的截面高度和材料的1．6取值可同等效单杆模型，即截面高度为墙板厚度，材料与墙板材料相同，但单杆的有效宽度需重新确定。2等效多杆模型有效宽度计算公式等效多杆模型有效宽度计算公式的提出，可首先杨晓杰等：内嵌墙板钢框架等效多杆模型研究59根据表1所示尺寸，建立相应的单层单跨内嵌轻表2高度不变跨度变化时参数质墙板钢框架的有限元实体模型和等效多杆模型，如h／m3333333333z禧图4所示，其中有限元实体模型及等效多杆模型单元L／nl2．733．33．63．9

6、4．24．85．15．45．7类型的选取、单元划分方式、材料本构的定义等分别L／h0．911．11．21．31．41．61．7I．81．9与文献[5]中实体模型及等效单斜撑模型的相同。对两类模型施加相同的水平单调荷载，得到相应墙板钢框架有限元实体模型和等效多杆模型。模型的柱顶荷载一位移曲线。取柱顶位移为h／50以内的荷分析及数据拟合过程同前，以w／O．6hcosO为纵坐标，载一位移曲线进行分析，不断调整杆件宽度W，当两为横坐标，所得结果见图7。拟合图7中数据点可得：者曲线重合时，即为该情况下单杆的有效宽度W，过程W=0．6hcosO(O．3

7、4L一0．25)(1)如图5所示。依次得到各情况下单杆的有效宽度W，式中，是墙板数量的函数。为统一公式(1)两边以w／hcosO为纵坐标，A为横坐标绘制在一张图上并的量纲，引入墙板标准宽度B标为0．6m，得到等效拟合相应数据，如图6所示。多杆模型有效宽度W计算公式：，W=0．6hcosO(O．204一0．25)(2)B标由图9可知，与单杆模型相比，等效多杆模型与试验和实体模型的荷载一位移曲线吻合的更好，初始刚度和切线刚度均能较好吻合。因此本文提出的多杆模一型更适用于内嵌墙板钢框架的弹塑性分析。(a)实体模型)等效多杆简化模型图4分析模型示意

8、图8罨2．53．03．54．04．55．05．56．0L图7有效宽度随跨度变化图将文献[4]的一系列试验简化成等效多杆模型，其中W由公式(2)得到，如图8所示。给模型施加与位移／