开洞开缝钢板剪力墙的试验与理论研究

左咏梅 高超歌 李雅珂

摘要：开缝钢板剪力墙是一种新型的抗侧力组件。本文利用有限元软件ansys对6个不同厚度内填板，比例为1：3的单层单跨开洞开缝钢板剪力墙进行了非线性有限元分析.试验结果表明：内填板高厚比对滞回曲线的影响较小，但随着的增大，剪力墙的耗能效率增大。

Abstract： Steel plate shear wall（SPSW） is a new lateral force resisting system. In this paper， finite element software ansys is used to conduct nonlinear finite element analysis of six single-span single-spanned open shear wall with a ratio of 1： 3. The result indicates that height-thickness ratio of the fill in plate has small influence in the hysteretic curve. With the increase of the high-thickness ratio， the energy dissipation efficiency of the shear wall increases.

关键词： 高厚比；滞回曲线；耗能效率

Key words： high thickness ratio；hysteretic curve；energy efficiency

中图分类号：TU399 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0127-02

0 引言

开缝钢板剪力墙作为一种很好的的耗能组件，通过在墙板上开设竖缝，将整块钢板分割成不同区域，并主要利用缝间墙肢受力形成的塑性铰来消耗地震产生的能量。墙板依靠塑性铰的变形能力，来吸收地震带来的强大破坏性能量。

本文通过对开洞开封钢板剪力墙试验的观察，基于相关理论研究，研究了内填板的高厚比对开洞开缝钢板剪力墙的滞回性能的影响，为以后开洞开缝钢板剪力墙的相关抗震设计提供帮助。本文的主要研究内容为：

①利用有限元软件Ansys模拟开洞开缝钢板剪力墙的循环拟静力加载试验。模型与实际比例为1∶3。

②全采用壳单元shell181来建立模型的梁、柱和内填板。进行钢板剪力墙模型的非线性有限元分析。

③通过设置不同的内填板高厚比，做开洞开缝钢板剪力墙的滞回性能分析，得到荷载一位移滞回曲线和耗能性能，分析内填板高厚比对剪力墙的滞回性能和耗能效率的影响。

1 模型内填板的设计

利用Ansys对表1中的试件进行了数值模拟分析。

2 有限元模型建立

模型全部采用shell181单元建模，由于需在柱子顶端施加竖向集中荷载，有可能导致柱顶板局部变形过大，所以将柱顶板所有节点的竖向自由度U进行耦合；需在梁对应处的左柱外翼缘施加水平往复荷载，所以将梁对应的左柱外翼缘上所有节点的水平自由度UX进行耦合，防止外翼缘局部变形过大。有限元模型的底部完全嵌固，并約束梁腹板中部墙面外的位移（见图1）。钢材应力应曲线考虑采用强化和下降段的三折现模型，材料的弹性模量E=2.05×105N/mm2，泊松比ν=0.3，钢材的屈服强度σy=296.8N/mm2，屈服应变εy=0.144%，抗拉强度σu=470N//mm2。加载制度根据《建筑抗震试验规程》（JGJ/T 101-2015）的规定，模型屈服后按屈服位移的一倍、二倍、三倍……进行加载，每级荷载循环2次。

3 模型与试验结果对比

GJ-1试件的数值分析数据与试验中HD1-1试件的试验结果基本相符，误差在10%以内，有限元建模合理。

4 数值分析结果

利用有限元软件ansys得到墙顶点在循环荷载下的荷载-位移曲线（滞回曲线）见图2-图7，及内填板高厚比对耗能性能的影响见表2。

5 总结

①以上六种不同内填板高厚比模型的滞回曲线都很饱满，这几种带缝钢板剪力墙都具有良好的滞回性能。随着λ的减小（t的增大）承载力略有增加。

②当高厚比λ=500，λ=400，λ=1000/3，λ≥250时，按分类属于薄板，滞回曲线的“捏缩效应”随的减小逐渐减弱；当λ=500/3，λ=125时属于厚板，滞回曲线的“捏缩效应”并没有随的减小而减弱，不论薄板还是厚板，滞回曲线都略有“捏缩效应”。所以，内填板的高厚比对滞回曲线的影响并不大。开洞开缝钢板剪力墙不可仅按的大小来分，还应考虑其薄厚。

③从表2可看出模型的耗能系数E几乎都大于2，表明模型具有良好的耗能能力。也可看出滞回环的面积随的减小而增大，即结构的耗能性能增加。当λ较大时，λ对滞回环面积（耗能E性能）的影响较小；λ较小时，λ对滞回环面积（耗能性能E）的影响变大。但总体上耗能系数E随入的增大而增大，说明随着的增大，剪力墙耗能的效率增大。

参考文献：

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