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      加勁鋼板剪力墻抗剪性能分析
      發布時間:2014-05-25
        摘要:重點分析了剪力墻荷載位移曲線受加勁肋寬厚比和肋板剛度比的影響,并分析、研究了加筋鋼板剪力墻的抗剪性能。肋板剛度比對厚板的影響要小于薄板,通過分析,說明了加設加勁肋可以明顯提升鋼板剪力墻的承載能力。
        關鍵詞:肋板剛度比;加勁肋;鋼板剪力墻
        隨著我國建筑行業的飛速發展,從多層建筑到超高層建筑的框架結構中,抗側力構件鋼板剪力墻被廣泛采用。鋼板剪力墻具有良好的塑性耗能作用、穩定的滯回性能,同時具有較高的延性、強度、剛度等,與傳統混凝土剪力墻相比,它有效解決了混凝土剪力墻角部容易開裂、自重較大等問題。經過一系列的試驗,影響剪力墻極限承載力的一個主要的因素就是柱子的破壞?蚣苤艿奖“鍓λa生的拉力,而發生較大彎矩。厚板墻框架柱中存在極大軸力,是因為面內均勻受剪。因此,為了確保柱子不受剪力墻的不良影響,在鋼板剪力墻中采用交叉加勁肋,并對此進行不斷研究。在調查、研究了框架柱、梁與墻板四周的連接情況后,表明,加勁板具有良好的滯回性能和較高的承載力。分析在單向荷載的作用力下,加勁肋兩端連接鋼板剪力墻的抗剪性能。
        1.剪力墻概念和特點
        剪力墻又稱為結構墻、抗震墻或者抗風墻。其主要作用為防止結構剪切破壞,構筑物中,剪力墻主要承受地震作用所引起的水平荷載或風荷載等。剪力墻分為筒體剪力墻和平面剪力墻。筒體剪力墻一般由樓梯間、電梯間、輔助用房間隔墻來圍成,通常用于懸吊結構、高聳結構及高層建筑中,筒壁的強度和剛度可承受很大水平荷載,為現澆鋼筋混凝土墻體。平面剪力墻通常用于無梁樓蓋體系、升板結構、鋼筋混凝土框架結構中?赏ㄟ^預制裝配鋼筋混凝土剪力墻來增加結構的抗倒塌能力、強度、剛度等。根據受力的不同,墻可分為剪力墻和承重墻。剪力墻一般在抗震設防區域適應,以承受水平荷載為主要目的,剪力墻之所以被稱之為抗震墻,就是因為其能夠相對抵抗由地震作用所產生的水平荷載。典型的承重墻有砌體墻等,承受豎向荷載能力較強。另外,按照結構材料的不同,還可以將剪力墻分為配筋砌塊剪力墻、型鋼混凝土剪力墻、鋼板剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻。而鋼筋混凝土剪力墻是建筑工程中最為常見的。
        剪力墻特點有:a利用中心剪力墻,根據建筑平面的抗側剛度需求,來達到強度和剛度的標準,形成助于奧抗側力構件;b可設置于間隔墻豎平面內,用于各墻的梁的連接;c樓蓋方案靈活,可進行多方案的選擇;d墻的數量可根據抗側力的需要決定,可多可少,通過不同的布置以及尺寸,還可對剛度中心位置進行調整;e豎向構件可利用間隔墻位置、并結合建筑平面來進行布置,且該布置不會與建筑的使用功能產生不符。剪力墻結構優點是在水平荷載的作用下,側移小,側向剛度大,與框架結構相比較具有更好的抗側力能力,而且還擁有良好的空間作用和整體性,因此,可用于較高建筑物的建造。但是,剪力墻也有自身的不足,例如:靈活性低,結構自重較大,不適合大空間公共建筑,建筑平面布置不夠靈活,在對剪力墻間距進行設置上存在一定限制等。剪力墻的類別也多種多樣,例如:開有不規則洞口的剪力墻、框支剪力墻、連肢強、小開口整體墻以及整體墻等等。
        2.參數與模型
        圖1 參數
        加勁鋼板剪力墻的幾何參數可參照圖1所示,圖中,交叉加勁肋的寬度是 、交叉加勁肋的厚度是 ; 為鋼板墻的厚度、 為鋼板墻的高度、而 則代表了鋼板墻的厚度。因為要對墻板自身的參數變化規律以及力學性能進行考察,所以,從很大程度上抵消了框架柱、梁對墻板抗剪性能的干擾,在該模型中,假設柱、梁的節點為鉸接,框架柱、梁的抗彎剛度和抗壓能力為無限大?蓪μ卣鲄颠M行定義。墻板與加勁肋的剛度比為 ;加勁肋的寬厚比為 ;墻板邊長比為 ;墻板高厚比為 。在上述公式中, 為交叉加勁肋繞墻板中面的慣性矩; 為彈性模量;而 ,為墻板的柱面剛度。設置墻板厚度 = ,對稱布置加勁肋寬度 = ,板厚度為 = ,墻板尺寸則為 ,得出:
        , .
        最終可求出肋板剛度比 :
        3.結構
        在對角交叉加勁鋼板剪力墻的兩側,對稱布置這加勁肋沿墻板對角線,框架梁與墻板上、下邊栓接或者焊接,而框架柱不與墻板左右兩側連接,通過圖,我們可以看出其結構。
        圖2 結構圖
        4.對肋板剛度比的影響
        增加肋板剛度比,能夠顯著提升薄板的極限承載力,不僅如此,還能夠有效改善厚板的延性性能。對于薄板而言,應取相對較大的肋板剛度比。而針對于厚板,不宜取過大的肋板剛度比。在增設加勁后,很大程度上提高了承載力,非加勁薄板的承載能力雖然沒有厚板高,但是卻擁有姣好的延性,但是在加設了加勁肋后,反而降低了墻板的延性。我們可以看出,增加肋板剛度比,延性也隨之提高,同時增加了極限承載力。所以,在設置薄板加勁肋時,在延性不會降低太多的情況下,同時提升承載力。剪力墻荷載位移曲線受加勁肋的影響較為顯著。在加設了加勁肋后,無論是薄板還是厚板,厚板的提高幅度雖然小于薄板,但是墻板的承載能力卻明顯提高。在曲線到達峰值之后,非加勁厚板的延性快速下降,加設了加勁肋后,就能夠在長時間內保持很高承載能力,并有效緩解曲線下降的趨勢,確保了延性。墻板承載能力不會隨著肋板剛度比的提高而提高,從這點上我們可以看出,若一味加強加勁肋,只會導致浪費,而降低了實際效果。
        5.對加勁肋寬厚比的影響
        荷載位移曲線受加勁肋寬厚比的影響可參照圖3所示。圖中墻板邊長比為 ,而肋板剛度比為 。從整體上來看,無論是薄板還是厚板,墻板荷載位移曲線受加勁肋寬厚比的影響并不顯著。增加加勁肋本身用鋼量的同時,也說明了加勁肋寬厚比在減小。所以,在實際的施工工程中,為了不導致浪費情況的發生,有效提升墻板的承載能力,不應采取過小的加勁肋寬厚比。但是,并不是加勁肋寬厚比越大越好,如果取值過大的話就難于發揮出加勁肋的作用,會導致加勁肋嚴重屈曲。通過圖3我們可以看出,減小加勁肋寬厚比的同時,剪力墻的承載能力稍有提高。加勁肋本身發揮了充分的作用,其具有的面外剛度很好地確保了穩定性。而另一方面,較小加勁肋寬厚比使拉力帶的面積增加,其截面積也較大。
        圖3 荷載位移曲線受加勁肋寬厚比的影響
        6.結束語
        通過文章的分析,可總結如下:加勁肋寬厚比的取值不宜過大,也不能過;加勁肋寬厚比無論是對薄板還是厚板,都不會對墻板荷載位移曲線產生太大影響;肋板剛度比對于薄板而言,應取相對較大值,而對于厚板,肋板剛度比則不能取過大值;對于薄板和厚板的抗剪性能來說,加勁肋所產生的影響不同,隨著肋板剛度比的不斷增加,對薄板的延性和極限承載力都產生了較為明顯的影響;對厚板的影響主要在于伴隨肋板剛度比的增加,延性也會增大。
        參考文獻
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