水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制与设计方法

为研究水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制和设计方法,对6片冷弯薄壁型钢剪力墙的足尺试件进行低周反复加载试验,分析了墙体高宽比、墙面蒙皮板配置和边龙骨配置对剪力墙的破坏机理、抗侧刚度、承载力、滞回性能和延性性能的影响.试验结果表明,冷弯薄壁型钢剪力墙在水平荷载作用下的破坏模式可分为剪切破坏和弯曲破坏2类.墙体高宽比、抗剪能力与抗弯能力的强弱配置关系是影响墙体破坏机制的2个重要因素.冷弯薄壁型钢剪力墙的抗侧刚度和承载力能力随着边龙骨配置的增强而增大,随着高宽比的增大而减小.针对抗震性能等级为性能Ⅲ和性能Ⅳ的冷弯薄壁型钢剪力墙,建议进行强弯弱剪设计,放大系数取1.1,以确保剪力墙在地震作用下具备良好的延性.     

复合受扭型钢混凝土L形柱抗震性能试验研究

为研究压弯剪扭复合受力下实腹式型钢混凝土L形柱的抗震性能,以扭弯比、肢高肢厚比为变化参数,设计了6个实腹式型钢混凝土L形柱试件,在恒定轴力反复弯剪扭的加载试验,观察试件的破坏过程和破坏形态,获取扭矩—扭转角滞回曲线和荷载—位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据,详细分析了压弯剪扭复合受力下柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明,低周反复压弯剪扭实腹式型钢混凝土L形柱的破坏形态主要表现为弯曲、弯剪和弯扭破坏;其滞回曲线呈中间捏拢的非对称反S形,扭矩—扭转角滞回曲线在峰值荷载后出现"荷载跌落"现象;位移延性系数大于扭转延性系数,但二者均小于3.0;破坏时的侧移角普遍小于扭矩1/50,低于我国现行抗震设计规范的要求;试件耗能前期以扭转耗能为主,后期以弯曲耗能为主。     

中间支撑冷弯薄壁型钢灌浆墙体抗剪性能研究

为了提高C形冷弯薄壁型钢墙体抗剪承载力和抗侧刚度,提出了一种新型中间"Z"字形支撑冷弯薄壁型钢灌浆墙体,并基于低周反复试验,采用ABAQUS有限元软件建立了墙体模型,通过墙体破坏特征、荷载-位移曲线和墙体最大抗剪承载力三方面验证了模型的准确性,进一步分析了"Z"字形斜撑、钢材厚度、横撑以及竖向荷载对墙体抗剪性能的影响.研究结果表明:墙体抗剪承载力主要由"Z"字形斜撑、填充材料、内墙板三部分承担,墙面板、填充材料与钢框架相互约束,共同工作;"Z"字形斜撑可以有效提高墙体抗剪承载力,在空框架墙体中作用尤其明显;随着钢材厚度的增大,墙体抗剪承载力逐渐提高,但影响程度随着钢材厚度的增加而减小;横龙骨和竖向荷载对墙体抗剪承载力的影响较小;竖向荷载的增大会降低墙体抗剪承载力,但较低幅度较小;推导出了适用于新型中间支撑冷弯薄壁型钢灌浆墙体的抗剪承载力计算公式,并提出了墙体构造要点.     

钢板剪力墙抗震性能的有限元分析

为明确钢板剪力墙的抗震性能,利用经试验验证的有限元数值模拟方法分析了在低周往复荷载作用下内填板高厚比对滞回耗能、单位体积墙板耗能、能量耗散系数和墙板中心点平面外最大位移的影响,并给出了板平面外的位移滞回曲线.通过骨架曲线进一步分析了高厚比对水平承载力、抗侧刚度和延性的影响.结果表明:随着加载位移的增加,薄墙板的耗能效率越来越高于厚墙板;薄墙板的抗侧刚度和水平极限承载力小于厚墙板,但延性高于厚墙板.建议剪力墙板的高厚比取为300.     

T形件螺栓连接卷边PEC柱-钢梁组合框架结构抗震试验研究

为研究T形件螺栓连接卷边钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架结构的抗震机理,设计制作了一榀底部两层单跨组合框架1/2缩尺试件并进行水平低周往复荷载试验.基于试验现象和测试数据,从试件结构的滞回特性、水平抗侧刚度退化、节点性能、耗能能力与抗震延性、塑性机构发展进程与延性破坏模式等性能进行分析.研究结果显示:T形件螺栓连接增大了梁柱节点刚度,改善了结构的整体性,试件的初始抗侧刚度较大、极限承载力较高;T形件螺栓连接使得梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,试验结束对应承载力未出现明显降低,且对应整体侧移角、位移延性系数和等效黏滞阻尼系数表明试件具有良好的抗倒塌能力、抗震延性与耗能能力;T形件螺栓连接PEC柱-钢梁组合框架试件塑性破坏机构发展进程为T形件端部梁截面和PEC柱脚相继形成塑性铰,实现了框架结构的理想延性耗能模式.     

压弯剪扭钢筋混凝土T形截面柱抗震性能试验研究

为研究钢筋混凝土T形截面柱在压弯剪扭复合受力下的抗震性能,以轴压比、扭弯比与肢高肢厚比为变化参数,设计了6根钢筋混凝土T形截面柱试件进行恒定轴压下弯剪扭低周反复加载试验.观察了试件的破坏过程及形态,获取了其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线.基于试验数据,分析了不同变化参数对该类T形柱抗震性能指标的影响.结果表明：随着扭弯比的增大,钢筋混凝土T形截面柱的破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭转剪切破坏;n=0.36与n=0.3相比,构件的抗扭与抗弯延性分别提高了31%与63%;γ=0.08～0.21时,随着扭弯比增大,试件的抗扭承载力与极限扭转角均有所增大,幅度分别为34%～52%与35%～58%,转角延性系数增大,幅度为24%～38%;ξ=2.5～3.0范围内,肢高肢厚比越小,T形柱的各项抗弯和抗扭承载力指标虽然降低,但提高了扭转和水平位移延性系数;试件的耗能能力主要取决于弯剪耗能能力;增大轴压比与扭弯比都会加快T形柱的扭转及侧移刚度退化;试件的受扭强度退化系数在0.80～0.98之间,受弯强度退化系数在0.75～1.00之间.     

冷弯薄壁型钢桁架组合楼盖抗弯性能试验研究

文章进行了3块冷弯薄壁型钢桁架-压型钢板混凝土组合楼盖试件和1块冷弯薄壁钢桁架-ALC板组合楼盖试件的抗弯性能试验,详细考察了组合楼板在均布荷载作用下的应变分布规律和破坏模式,研究了荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线。试验研究表明:组合楼盖的抗弯承载力随着抗剪连接件个数的增加和节点连接强度的增大而增加;组合楼盖在承受相同弯矩的情况下,冷弯薄壁型钢桁架-ALC板组合楼盖产生的最大挠度明显大于冷弯薄壁型钢桁架-压型钢板混凝土组合楼盖产生的最大挠度。研究结果将为冷弯薄壁型钢组合楼盖的设计和应用提供参考依据。     

复合节能轻质墙板轴心受压承载力试验

针对低层民用建筑中的墙板自重大、保温性能差的问题,提出一种集围护、分隔、保温与承重等多种功能于一体的新型复合节能墙板构件—薄壁型钢-保温芯材-薄面板复合节能轻质墙板.通过对4个全比例尺寸的墙板试件在单调静力荷载作用下的轴心受压试验,探讨了对复合节能墙板起决定作用的破坏模式以及墙体轴心荷载极限承载力计算原则.试验结果表明:墙板中薄壁型钢与薄面板通过自攻螺钉连接为一个整体,共同承担竖向轴心荷载.墙板试件中采用2种不同类型的薄壁型钢,最终极限承载力相差可达到60%以上,可见薄壁型钢对墙板轴心荷载极限承载力有较大的影响.研究结果为今后推导复合节能墙体的轴心受压极限承载力的计算模型与计算公式提供了理论依据.     

竖向拼缝对正交胶合木剪力墙抗侧性能的影响

为研究竖向拼缝对正交胶合木(CLT)剪力墙抗侧性能的影响,设计了无竖向拼缝和有竖向拼缝的两种CLT剪力墙试件,对这两种CLT剪力墙试件进行了拟静力往复加载试验,对比了往复荷载作用下两种CLT剪力墙试件的破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力和刚度退化特性。研究结果表明:无竖向拼缝CLT剪力墙的极限承载力和初始刚度较有竖向拼缝CLT剪力墙的极限承载力和初始刚度高,且相比于有竖向拼缝CLT剪力墙,无竖向拼缝CLT剪力墙在往复荷载作用下耗散了更多的能量;在相同的侧向位移下,无竖向拼缝CLT剪力墙的抗拔连接节点变形较有竖向拼缝CLT剪力墙的抗拔连接节点变形严重;两种CLT剪力墙试件均表现出了明显的刚度退化现象。     

冷弯薄壁型钢螺钉连接抗剪性能试验研究

进行了149个冷弯薄壁型钢螺钉连接试件的抗剪性能试验,主要考察螺钉端距、间距、排列方式以及螺钉数目、连接板件材料等因素对抗剪承载力的影响.分析了现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)对壁厚1.5mm以下薄钢板螺钉连接抗剪承载力设计计算方法的适用性.针对规范GB 50018-2002对螺钉连接斜拔承压破坏抗剪承载力计算的规定,提出了考虑群效应的螺钉连接抗剪承载力设计计算方法.基于对钢板净截面拉断破坏时净截面的平均应力水平分析,给出了相应的验算公式.最后,参考澳洲规范AS/NZS 4600∶2005,提出了避免发生螺钉剪断破坏的方法.     

冻融环境作用下低矮RC剪力墙抗震性能试验研究

采用人工气候快速冻融试验方法,对4个实际剪跨比为1.14的低矮RC剪力墙试件进行冻融试验,进而对其进行低周反复加载试验,研究低矮RC剪力墙经不同冻融循环作用后其抗震性能的衰减规律.以承载力、延性系数、塑性转角、强度衰减、刚度退化和累积滞回耗能等指标为参数,探讨冻融循环次数对低矮RC剪力墙抗震性能的影响.结果表明:暗柱和墙体分布钢筋可以约束冻胀裂缝的开展,延缓冻融循环作用对墙体造成的破坏;冻融循环作用会引起低矮RC剪力墙的破坏模式由弯曲为主的弯剪破坏向剪切为主的弯剪破坏转变;冻融循环作用下低矮RC剪力墙抗震性能指标退化规律为:随着冻融循环次数的增加,水平抗剪承载力显著降低,位移延性系数和塑性转角显著增大,强度退化速率加快,耗能能力逐步变差.     

冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接抗剪性能研究

本文进行了48个冷弯薄壁型钢自攻螺钉连接试件的抗剪性能试验,考虑了自攻螺钉材质、直径、不同钢板厚度比值、端距等因素对抗剪连接极限状态的影响.试验结果显示:试件的破坏模式呈现一定的规律,板件承压破坏是自攻螺钉倾斜期间主要连接破坏形式;但若自攻螺钉几乎不发生倾斜,则会发生紧固件的抗剪破坏.最后依据理论分析提出了冷弯薄壁钢板...     

新型结构保温板抗侧性能试验研究

为了研究OSB板与混凝土层的厚度变化对于新型结构保温一体化墙板抗侧性能的影响,本次试验设计制作了八块新型SIP板,分别通过单向与低周往复进行加载,探究8块新型SIP墙板在承载力、位移、延性、耗能、抗侧刚度及延性等方面的性能。结果表明：在水平荷载的作用下,墙体试件出现了破坏,破坏部位主要集中的底部,钉子将OSB板撕裂,木肋与木垫块劈裂,混凝土层未发生明显破坏但与OSB板出现错动,EPS泡沫与OSB板牢固可靠,加载过程中未出现分离破坏现象。通过对比分析,试件前期未屈服时刚度较大,屈服后刚度退化明显。试件的滞回曲线出现捏缩现象,不饱满。对比试件的抗剪强度、极限位移、弹性抗侧刚度,同等条件下OSB板层越厚,受力性能越好。     

方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能试验研究

为了研究方钢管混凝土柱—不等高钢梁加腋框架节点受力性能,按1:3缩尺比例设计并制作了六个节点试件,进行了低周期往复荷载破坏试验。节点试件的加腋坡度及梁高差比是试验研究的主要参数。通过试验研究各参数对节点试件的破坏特点、抗剪承载力、滞回特性、延性及耗能能力、承载力退化与刚度退化等力学性能的影响,得出以下结论:试件破坏是由于节点抗剪承载力不足导致的,但由于加强环板的约束及梁端加腋的存在,破坏出现在下环板与柱端交接处;各试件滞回曲线整体相对饱满;随着节点试件加腋坡度的变缓,其极限承载力提高,延性系数增加,耗能能力增强,刚度退化速率略有加快;当梁高差比由0. 39增加至0. 46时,节点试件反向加载极限承载力提高(以拉为反向加载),当梁高差比由0. 46增加至0. 53时,节点试件反向加载极限承载力降低,且随着梁高差比的增加,节点试件正向加载极限承载力逐渐降低(以推为正向加载),延性系数降低,耗能能力减弱,刚度退化速率变化不大;梁端加腋能有效改善节点核心区受力性能。     

复合墙板轴心受压试验研究

进行4组12片复合墙板轴心受压试验研究,对破坏过程及破坏形态,试件的荷载侧向挠度曲线复合墙板承载力及稳定性等试验结果进行对比分析.分析表明,墙板受力性能良好,通过斜拉筋连接的两侧混凝土能够很好的共同工作,复合墙板具有较高的轴心受压承载能力和可靠的稳定性,不会发生失稳破坏.最后,得出相应的承载力及稳定性计算公式和计算方法,结论可供设计参考.     

PBL抗剪连接件疲劳后的剩余力学性能研究

为研究钢-混凝土组合结构中PBL(Perfobond Leiste)抗剪连接件在疲劳荷载作用后的力学性能退化规律,设计并制作了9个PBL连接件的推出试件分别进行静力和疲劳试验.其中3个试件为静力破坏试验,重点关注了试件的破坏模式、极限承载力及荷载-滑移曲线.其余6个试件为在经历一定疲劳荷载循环次数后进行静力破坏试验,以疲劳循环次数,疲劳荷载比为参数变量,得到在不同疲劳参数作用后,PBL连接件的极限承载力、残余滑移量、抗剪刚度等力学性能的变化情况.研究结果表明,PBL连接件具有较好的延性,其静载和疲劳后静载的破坏模式均为一侧贯穿钢筋剪断、另一侧贯穿钢筋屈服.疲劳荷载比对PBL连接件剩余承载力影响较大,在同样经历了300万次的循环加载后,荷载比为0.5的极限承载力基本没有下降,而荷载比为0.7的承载力仅为初始静载试验的76.1%;在相同荷载比(0.6)情况下,PBL连接件的承载力随疲劳加载次数呈先慢后快的非线性退化趋势.相对于荷载比而言,残余滑移量对疲劳循环次数更为敏感.抗剪刚度在整个疲劳加载过程中基本保持不变.     

内嵌预制SVMFC夹芯复合墙板钢框架结构抗震试验研究

为了研究地震作用下预制钢筋网格玻化微珠泡沫混凝土(steel-grid vitrified microsphere foamed concrete,SVMFC)夹芯复合墙板和钢框架的共同受力性能和破坏机理,文章进行了2榀内嵌预制SVMFC夹芯复合墙板钢框架试件的水平低周反复荷载试验,并考虑了开洞对墙板抗震性能的影响;观察了试件的受力全过程和破坏形态,分析了试件柱顶水平荷载-位移关系滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性及耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,内嵌预制SVMFC夹芯复合墙板钢框架试件具有良好的滞回性能、延性及耗能能力;采用钢筋与角钢焊接连接方式可以安全可靠地确保SVMFC夹芯复合墙板与钢框架在地震作用下协同工作;墙板开洞对内嵌夹芯复合墙板钢框架的水平极限承载力和弹性刚度有较大影响,但对结构的延性影响较小。研究成果可为此种预制装配式结构在实际工程中推广和应用提供科学依据。     

新型波纹钢板覆面冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙抗震性能研究

为提高墙体延性,对4片面板开缝的波纹钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙足尺试件进行了水平单调加载和循环反复加载试验,研究了加载方式、墙体高宽比、面板开缝等因素对剪力墙抗震性能的影响,得到了各类墙体的承载能力、刚度、延性以及耗能等力学性能指标。研究结果表明:加载方式对开缝剪力墙的抗剪承载力影响不明显;开缝剪力墙的抗剪承载力随高宽比增大而降低;面板开缝使得波纹钢板覆面剪力墙在保持较高的抗剪承载力的同时,延性得以显著提高。此外,利用OpenSees程序建立了冷弯薄壁型钢整体房屋的简化分析模型,对分别设置有开缝及不开缝剪力墙的整体房屋模型的抗倒塌能力进行了比较,结果表明采用面板开缝的波纹钢板覆面剪力墙可有效降低结构的倒塌概率。     

卷边PEC柱(弱轴)-钢梁组合框架层间抗震机理试验研究

为揭示新型卷边PEC柱(弱轴)-削弱截面钢梁组合框架结构的层间抗震机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试验试件并进行低周往复荷载试验。基于试验观察和数据整理,对试件结构的破坏过程与破坏模式、滞回特性、刚度退化、耗能能力与变形模式等抗震性能进行分析。结果显示:试件结构最终破坏模式为梁端削弱截面处充分屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构;试件中间层推拉方向位移延性系数μu分别为3.91和3.97,层间最大等效黏滞阻尼系数(ζeq)max=0.359;试件结构侧移分布规律呈理想的倒三角弯剪型变形模式;试件结构在承载力下降到极限承载力的85%时,对应试件层间相对侧移大于4.9%,而节点转角最小值为0.366 rad,均超过大震层间侧移限值下限的1/30,表明试件具有良好的抗倒塌性能。     

全螺栓连接和焊接连接钢板剪力墙力学性能分析

为了避免焊接造成的残余应力,通过螺栓连接的端板将上下2块钢板连接,形成一种延性和耗能能力更好的全螺栓连接钢板墙.通过有限元建立全螺栓连接和传统焊接连接钢板墙模型,对比两种钢板墙在单向推覆和往复荷载作用下的荷载位移曲线、抗侧承载性能、能量耗散系数、刚度退化和承载力退化等性能.结果表明,在单向推覆作用下全螺栓连接钢板墙的抗侧承载力与传统焊接形式较为接近,但初始刚度比传统形式下降了11%;在往复荷载作用下,全螺栓连接形式表现出更好的整体耗能能力,刚度退化更平缓.该类钢板墙还便于生产和安装,在今后的工程应用中值得广泛的推广和应用.