插肋式钢板剪力墙抗震性能有限元分析

张振硕; 刘秀丽; 郭超; 王燕; 卢扬

doi:10.13206/j.gjgS24111401

插肋式钢板剪力墙抗震性能有限元分析

doi: 10.13206/j.gjgS24111401

张振硕¹,
刘秀丽^1, ,,
郭超²,
王燕¹,
卢扬¹

1. 青岛理工大学土木工程学院, 山东青岛 266520;
2. 中建八局第一建设有限公司, 济南 250100

基金项目:

国家自然科学基金面上项目（52078258）；山东省自然科学基金面上项目（ZR2021ME033）。

详细信息

作者简介:
张振硕，硕士研究生，主要从事钢结构方向的研究。

通讯作者:
刘秀丽，工学博士，副教授，lxl46@126.com。

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出版历程
- 收稿日期: 2024-11-14
- 刊出日期: 2025-11-30

Finite Element Analysis of the Seismic Performance of Insert-Stiffened Steel Plate Shear Walls

1. School of Civil Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266520, China;
2. The 1st Construction Co., Ltd., of China Construction Eighth Engineering Division, Jinan 250100, China

摘要

摘要: 钢板剪力墙的加劲肋通过焊接连接可能导致加劲肋承担框架竖向荷载，增加其受力复杂性，进而影响钢板剪力墙的抗震性能。为有效避免这些问题，同时提高墙体的装配性，提出了一种新型的插肋式钢板剪力墙。利用有限元软件ABAQUS建立了包括插肋式钢板剪力墙在内的5种钢板剪力墙的有限元模型，并对其滞回能力、承载力、耗能能力、刚度和变形能力等方面进行了对比分析。研究结果表明，与无加劲肋的钢板剪力墙相比，焊接式和插肋式钢板剪力墙的极限荷载均有显著提升，提升幅度分别为13.93%和18.91%，表现出更强的承载能力。而且，插肋式钢板剪力墙因接触面间的摩擦使其累积总耗能提升了54.1%，等效黏滞阻尼系数提升了23.7%，表现出优良的耗能能力和抗震性能。尽管在加载初期插肋式钢板剪力墙的刚度退化明显，但其初始刚度在所有模型中仍保持最高，初始刚度相比无加劲肋的钢板剪力墙提高了11.6%。可见，插接加劲肋有效约束了钢板的平面外变形，展现了优异的抗震性能。随着加劲肋组合密度的增加，插肋式钢板剪力墙的各项性能均得到提升，但加劲肋组合密度过高时，各项性能提升速率变缓。设计中应综合考虑经济效益，选择合适的加劲肋组合密度。
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Abstract: The stiffening ribs of steel plate shear walls （SPSWs） are typically welded， which may result in the ribs bearing vertical frame loads， thereby complicating the stress distribution and affecting the seismic performance of the SPSWs. This study proposes a novel insert-stiffened steel plate shear wall that not only effectively mitigates these issues but also improves the wall's ease of assembly. Using finite element analysis via ABAQUS software， finite element models for five different types of SPSWs， including the insert-stiffened steel plate shear wall， were developed to conduct a comparative analysis of their hysteretic behaviors， bearing capacities， energy dissipation capacities， stiffnesses， and deformation characteristics. The results indicated that， compared to unstiffened steel plate shear walls， both welded-stiffener and insert-stiffened steel plate shear walls exhibited a significant increase in ultimate load， with improvements of 13.93% and 18.91%， respectively， demonstrating superior bearing capacity. Furthermore， due to the friction between contact surfaces， the insert-stiffened steel plate shear wall showed a 54.1% increase in total energy dissipation and a 23.7% improvement in its equivalent viscous damping coefficient， indicating exceptional energy dissipation and seismic performance. Although the stiffness of the insert-stiffened steel plate shear wall decreased significantly during the initial loading phase， its initial stiffness remained the highest among all models， with an 11.6% increase compared to the unstiffened steel plate shear wall. This indicated that the inserted stiffening ribs effectively restricted out-of-plane deformations of the steel plate， contributing to its superior seismic performance. As the density of the stiffening rib combination increased， the performance of the insert-stiffened steel plate shear wall was enhanced； however， when the density became excessively high， the rate of performance enhancement slowed. Thus， it is crucial to balance economic considerations and select an optimal stiffening rib combination density in the design.
- insert-stiffened steel plate shear wall /
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- seismic performance

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