圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法制造技术

圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法，包括以下步骤：设计多个尺寸不同的圆弧形切口非加劲钢板剪力墙试件；在有限元软件中建立试件模型；分析得出钢板剪力墙试件在竖向荷载作用下其内嵌钢板承担的竖向荷载比例ζ、在水平荷载作用下内嵌钢板抗侧承载力FpH、在水平荷载和竖向荷载作用下内嵌钢板抗侧承载力FpHV，绘制ζ与框架梁挠度ω关系曲线，绘制FpH与层间位移角θ关系曲线，绘制FpHV与θ的关系曲线；根据弹性抗侧承载力FpH与FpHV计算内嵌钢板在竖向荷载作用下的弹性抗侧承载力折减率ψ；得出圆弧形切口弧长与其跨度的比值范围、弧高的取值范围。本发明专利技术能有效减弱竖向荷载对内嵌钢板抗侧承载力的不利影响。

Simulation algorithm of arc shaped non stiffened steel plate shear wall

The simulation algorithm of circular arc incision non stiffened steel plate shear wall, which comprises the following steps: arc incision design multiple different size specimens of non stiffened steel plate shear wall; a specimen model in finite element software; analysis of steel plate shear wall specimens bear the vertical load ratio of embedded steel plate under vertical loads. And under the horizontal load embedded steel plate lateral bearing capacity of FpH, in the horizontal and vertical load under the action of the embedded steel plate lateral bearing capacity of FpHV, the relation curve between frame beam deflection and zeta Omega, drawing FpH and interlayer displacement angle curves, the relationship curves of FpHV and theta; according to the elastic lateral the bearing capacity of FpH and FpHV calculation of embedded steel plate under vertical load, the elastic lateral bearing capacity reduction rate range of draw ratio range psi; arc incision, arc length and arc height span. The invention can effectively reduce the adverse influence of the vertical load on the lateral bearing capacity of the embedded steel plate.

【技术实现步骤摘要】
圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法
本专利技术涉及一种钢板剪力墙，属于建设工程
，尤其涉及一种圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法。
技术介绍
钢板剪力墙是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力构件，根据构造形式不同可以将钢板剪力墙分为五类：非加劲钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙、防屈曲钢板剪力墙、钢板组合剪力墙以及开缝钢板剪力墙。相比于钢筋混凝土剪力墙，钢板剪力墙的尺寸小、自重轻、增加房屋的使用面积、降低基础造价、经济效益好，同时其还具有抗侧刚度大、抗剪承载力高、延性好以及耗能能力强的特点，因此，钢板剪力墙成为最具有发展前景的高层抗侧力体系之一。现行的JGJ/T380-2015《钢板剪力墙技术规程》中规定：钢板剪力墙宜按不承受竖向荷载设计计算，并应采用相应的构造和施工措施来实现计算假定。竖向荷载会使非加劲钢板剪力墙的内嵌钢板产生鼓曲，这对非加劲钢板剪力墙的抗侧能力、抗侧刚度以及耗能能力均会产生不利影响。为了实现钢板剪力墙不承受竖向荷载的计算假定，工程实践中的通常做法是先施工主体框架，待主体封顶且主要恒载均已施加完毕之后，再进行内嵌钢板的安装，该种做法存在以下几个问题，一是，会延长施工周期；二是，在风荷载作用下，没有钢板剪力墙提供抗侧力会导致建筑结构变形过大；三是，装修层等附加恒载以及使用荷载均是在内嵌钢板安装后施加的，竖向荷载仍会传递到钢板剪力墙上。另一种方法是将内嵌钢板的安装滞后于主体框架数层，与上一种方法相比，该种做法施工周期短，且在施工过程中，结构具有一定的抗侧刚度，但根本的问题是非加劲钢板剪力墙仍不可避免的承担部分竖向荷载。根据现有技术要求，钢板剪力墙不宜承受除自重以外的竖向载荷，这在实际的设计、施工和使用中是很难保证的，因此，避免钢板剪力墙受竖向载荷的不利影响一直是建筑领域的难题。如中国专利(授权公告号CN105756227A)公开了“一种多层斜向开槽的自防屈曲钢板剪力墙及其制作方法”，包括多层斜向开槽的钢板剪力墙，斜向槽的槽孔将钢板剪力墙分隔成数条斜向板带，同一层钢板剪力墙的斜向槽的开槽方向相同，相邻两层钢板剪力墙的斜向槽方向相反；相邻两层钢板剪力墙之间通过阻尼橡胶粘结；多层钢板剪力墙的四周连接边缘框架；在往复水平地震荷载作用下，相同方向的斜向板带分别处于单向受拉或单向受压的状态，利用某层受拉的斜向板带的张力刚度，对另外层受压的斜向板带提供平面外的支撑，实现自防屈曲。该钢板剪力墙主要用于解决高层建筑在水平荷载下的侧向变形问题，增强多高层建筑在地震荷载下的耗能能力，而对于避免竖向荷载对剪力墙的不利影响未有涉及，另外，其制作及安装方法均较为复杂，不利于降低成本和提高施工效率。再如中国专利(授权公告号CN203716336U)公开了“一种侧边开洞薄钢板剪力墙”，包括平行设置的框架柱，在平行设置的框架柱之间至少设置一对框架梁，框架柱与框架梁分别与内嵌薄钢板(除开洞位置)连接，在内嵌薄钢板开洞处两侧对称设置有加劲肋。该技术可以给内嵌薄钢板提供较强的四边支承，可充分发挥钢板剪力墙“拉力场”效应，具有很高的侧向承载力；同时能够大幅降低“拉力场”对框架柱的附加弯矩，有效保护框架柱。该钢板剪力墙可在不明显降低侧向承载力的情况下形成充分的“拉力场”，实质是在不大幅降低钢板剪力墙侧向承载力的前提下保护剪力墙两侧的钢柱，但对于非加劲钢板剪力墙在施工和使用过程中会受到竖向荷载的影响未有改进；此外，该钢板剪力墙对内嵌薄钢板上开设的洞口规格参数等也未有涉及，而这恰恰是影响钢板剪力墙侧向承载力的关键因素，且目前还没有验证以及获取钢板剪力墙开设洞口大小、规格等参数的有效算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法，用于解决现有技术中的问题。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法，包括：第一步、假定由框架柱、框架梁构成的主体结构规格参数，确定内嵌钢板的跨度、高度和厚度，所述内嵌钢板与框架柱和框架梁相连接，内嵌钢板水平向侧边开设圆弧形切口，圆弧形切口的弧长为水平向，弧高为竖向，所述圆弧形切口位于内嵌钢板水平向侧边的中部；第二步、以圆弧形切口的弧长和弧高为参数变量，设计多个尺寸不同的圆弧形切口非加劲钢板剪力墙试件；第三步、在有限元软件中建立非加劲钢板剪力墙试件模型；第四步、在钢板剪力墙顶部框架梁上翼缘施加竖向线荷载q，由公式(1)～(3)计算q，分析得出各非加劲钢板剪力墙试件的内嵌钢板承担的竖向荷载，然后计算所承担的竖向荷载比例ζ；σmax＝Mmax/Wz≤[σ](1)Mmax＝ql2/8(2)Wz＝Iz/ymax(3)公式(1)～(3)中：[σ]为材料的许用应力，Mmax为框架梁的最大弯矩，σmax为框架梁上的最大正应力，Wz为弯曲截面系数，q为竖向线荷载，l为框架梁的跨度，Iz为截面惯性系数，ymax为框架梁横截面上距离中性轴最远应力点的纵坐标；第五步、采用与步骤四相同的方法，对在竖向荷载和水平位移荷载作用下的非加劲钢板剪力墙试件进行有限元数值模拟，水平位移Δ根据钢板剪力墙的层间位移角θ逐级施加，层间位移角θ＝Δ/h，h为加载点到柱底的距离，分析得出非加劲钢板剪力墙试件内嵌钢板的抗侧承载力FpHV，绘制FpHV与层间位移角θ的关系曲线；根据圆弧切口非加劲钢板剪力墙试件内嵌钢板的弹性抗侧承载力和常规钢板剪力墙试件内嵌钢板的弹性抗侧承载力，计算开设圆弧切口引起的内嵌钢板弹性抗侧承载力折减率ω；第六步、采用与步骤四和步骤四五相同的方法对在水平位移荷载作用下非加劲钢板剪力墙试件进行有限元数值模拟，分析得出非加劲钢板剪力墙试件的抗侧承载力FpH；根据步骤五得出的弹性抗侧承载力FpHV和本步骤得出的弹性抗侧承载力FpH，计算竖向荷载引起的非加劲钢板剪力墙试件内嵌钢板弹性抗侧承载力折减率ψ；第七步、分析得出所述圆弧形切口弧长与内嵌钢板跨度的比值范围以及圆弧形切口弧高的取值范围。为了实现本专利技术的目的，还可以采用如下技术方案：所述圆弧形切口的弧长为内嵌钢板跨度的1/3～1/4倍，圆弧形切口的弧高范围为10～15cm。所述圆弧形切口设置在内嵌钢板的上侧边和下侧边。所述圆弧形切口设置在内嵌钢板水平向侧边的中间位置。本专利技术的优点是：1、本算法利用有限元软件ABAQUS对非加劲钢板剪力墙进行静力荷载作用下的数值模拟，分析得出带有圆弧形切口的钢板剪力墙能有效减弱竖向荷载对内嵌钢板抗侧承载力的影响；采用本非加劲钢板剪力墙可以有效缩短施工周期，为建筑结构提供较好的抗侧刚度。2、经过力学、结构等多方面的优化设计和模拟试验，本非加劲钢板剪力墙中内嵌钢板上开设的圆弧切口大小、参数选择范围科学合理、效果突出，也能较好的避免圆弧形切口过大，会造成内嵌钢板抗侧承载力偏低；圆弧形切口过小，会使内嵌钢板承担过多的竖向荷载。3、本算法确认了圆弧形切口的弧长是影响开设圆弧切口钢板剪力墙内嵌钢板抗侧承载力的主要因素，工程应用中，该圆弧形切口的弧长可取值为内嵌钢板跨度的1/3～1/4，圆弧形切口的弧高范围为10～15cm。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。图1为本专利技术第一种实施方式的结构示意图；图2为本专利技术第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法，其特征在于，包括：第一步、假定由框架柱、框架梁构成的主体结构规格参数，确定内嵌钢板的跨度、高度和厚度，所述内嵌钢板与框架柱和框架梁相连接，内嵌钢板水平向侧边开设圆弧形切口，圆弧形切口的弧长为水平向，弧高为竖向，所述圆弧形切口位于内嵌钢板水平向侧边的中部；第二步、以圆弧形切口的弧长和弧高为参数变量，设计多个尺寸不同的圆弧形切口非加劲钢板剪力墙试件；第三步、在有限元软件中建立非加劲钢板剪力墙试件模型；第四步、在钢板剪力墙顶部框架梁上翼缘施加竖向线荷载q，由公式(1)～(3)计算q，分析得出各非加劲钢板剪力墙试件及其内嵌钢板承担的竖向荷载，然后计算非加劲钢板剪力墙试件内嵌钢板承担的竖向荷载比例ζ；σmax＝Mmax/Wz≤[σ]   (1)Mmax＝ql

【技术特征摘要】
1.一种圆弧形切口非加劲钢板剪力墙的模拟算法，其特征在于，包括：第一步、假定由框架柱、框架梁构成的主体结构规格参数，确定内嵌钢板的跨度、高度和厚度，所述内嵌钢板与框架柱和框架梁相连接，内嵌钢板水平向侧边开设圆弧形切口，圆弧形切口的弧长为水平向，弧高为竖向，所述圆弧形切口位于内嵌钢板水平向侧边的中部；第二步、以圆弧形切口的弧长和弧高为参数变量，设计多个尺寸不同的圆弧形切口非加劲钢板剪力墙试件；第三步、在有限元软件中建立非加劲钢板剪力墙试件模型；第四步、在钢板剪力墙顶部框架梁上翼缘施加竖向线荷载q，由公式(1)～(3)计算q，分析得出各非加劲钢板剪力墙试件及其内嵌钢板承担的竖向荷载，然后计算非加劲钢板剪力墙试件内嵌钢板承担的竖向荷载比例ζ；σmax＝Mmax/Wz≤[σ](1)Mmax＝ql2/8(2)Wz＝Iz/ymax(3)公式(1)～(3)中：[σ]为材料的许用应力，Mmax为框架梁的最大弯矩，σmax为框架梁上的最大正应力，Wz为弯曲截面系数，q为竖向线荷载，l为框架梁的跨度，Iz为截面惯性系数，ymax为框架梁横截面上距离中性轴最远应力点的纵坐标；第五步、采用与步骤四相同的方法，对在竖向荷载和水平位移荷载作用下的非加劲钢板剪力墙试件进行有限元数值模拟，水平位移Δ根据钢板剪力墙的层间位移角...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁有升，胡海涛，李建峰，井彦青，孙绍东，
申请(专利权)人：青岛腾远设计事务所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37