Optimization Design and Mechanical Property Analysis of Small Steel Frame Reaction-wall Based on Large Scale Model Structure Test
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摘要: 为了降低模型制作加工成本和节约试验空间，开展结构缩尺比例小于1：10的小模型结构抗震试验。目前，国内相关的试验设备较少，本文将参考大型反力墙的结构形式，研究小型钢架反力墙，并对其进行优化设计和力学性能分析，为后续的制作加工提供理论依据。Abstract: In order to reduce the cost of model making and processing and save the test space, we carry out the seismic test of small model structure with a scale less than 1:10. At present, the relative test equipment in China is relatively poor. Referring to the structure of large reaction-wall, we design a small steel frame reaction-wall and carry out the optimization design and mechanical performance analysis to provide a theoretical basis for the subsequent production and processing.
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图 15 3种分析部下长肢墙的变形曲线
Figure 15. The deformation curve of the long limb wall under the three types of analysis
表 1 ABAQUS统一单位
Table 1. Unified unit of ABAQUS
长度 时间 荷载 质量 密度 应力 m s N kg kg/m3 Pa mm s N 103kg 103kg/mm3 MPa 
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表 2 ABAQUS输入的钢材参数
Table 2. Input steel parameters in ABAQUS
材料 密度/kN·m-3 杨氏模量/N·mm-2 泊松比 Q235B钢 78.5 2.06×105 0.3
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表 3 实际荷载值、最大挠度限值及实际最大变形值
Table 3. Actual load value, maximum deflection limit and actual maximum deformation value
值 方案1 方案2 方案3 根部最大剪力/kN 5 5 5 根部最大弯矩/kN·m 7.25 6.25 7.25 最大挠度限值/mm 1 0.83 0.94 短肢墙最大变形/mm 0.525 0.499 0.187 长肢墙最大变形/mm 0.734 0.540 0.441
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表 4 根部最大允许剪力和最大允许弯矩
Table 4. Maximum allowable shear and maximum allowable bending moment of root
值 方案1 方案2 方案3 根部允许最大剪力/kN 6.8 7.7 10.7 根部允许最大弯矩/kN·m 12.24 11.55 18.19
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表 5 3种方案的自重及市场估价
Table 5. The weights and market valuation of the three designs
设计方案 类型 材料 重量/kg 市场估价/万元 方案1 板材满布形式 Q235B钢 5470 20 方案3 型钢钢架 Q235B钢 4125 14 方案3 型钢钢架 Q235B钢 3348 10
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表 6 方案3的前3阶振型参数
Table 6. The first three-order vibration mode parameters of design#3
振型 方向 特征值 固有频率/Hz 自振周期/s 1阶振型 X轴正向平动+扭转 28072 26.666 0.0375 2阶振型 X轴负向平动+扭转 46798 34.430 0.0290 3阶振型 扭转 68393 41.622 0.0240
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表 7 参数值
Table 7. Related parameters
参数 构件和连接类别 1 2 3 4 5 6 7 8 C 1940×1012 861×1012 3.26×1012 2.18×1012 1.47×1012 0.96×1012 0.65×1012 0.41×1012 β 4 4 3 3 3 3 3 3
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表 8 3种分析部的最大变形值
Table 8. The maximum deformation value of the three types of analysis
分析部时长 1s 10s 100s 长肢墙最大变形值/mm 1.286 1.286 1.286
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马永欣, 郑山锁, 2001.结构试验.北京:科学出版社. 万宇, 2008.新疆大学结构实验室X方向反力墙有限元分析.乌鲁木齐: 新疆大学. 王墩, 赵海琼, 吕西林, 2014.建筑结构拟静力试验方法的加载制度.四川建筑科学研究, 40(3):54-59. doi: 10.3969/j.issn.1008-1933.2014.03.014 张敏政, 2015.地震工程的概念和应用.北京:地震出版社. 张耀春, 2011.钢结构设计原理.北京:高等教育出版社. 中华人民共和国建设部, 2003.钢结构设计规范GB 50017-2003.北京: 中国计划出版社. -
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