不同形式的槽钢加劲钢板剪力墙滞回性能研究

钢板剪力墙是一种具有良好的延性、抗侧刚度和耗能能力的新型抗侧力结构,非常适用于高烈度地区建筑,通常采用加劲的方法以改善钢板墙的性能.为了对比不同槽钢加劲形式、框-板连接形式对钢板剪力墙滞回性能的影响,建立了非线性有限元模型进行分析,以预测加劲钢板剪力墙的抗震性能和破坏行为.通过建立11个双层单跨的加劲钢板剪力墙模型,包括竖向加劲、斜向加劲、单侧开洞、两边连接等情况,对其承载能力、耗能能力、退化特性、延性和破坏特征等问题进行了对比分析.结果表明,加劲肋能有效改善钢板剪力墙的滞回曲线"捏缩"现象,不同程度地提高钢板剪力墙的承载能力和抗侧刚度,其中斜向布置加劲肋能明显地提高结构抗侧刚度和承载能力,并在墙板屈曲后维持较高的刚度;而竖向加劲形式对结构的刚度和承载力提高较小,墙板受力更加均匀.两边连接形式的钢板剪力墙能有效避免对框架柱的附加弯矩,并可很好地与加劲钢板协同工作,结构具有较好的稳定性和耗能能力.当墙板跨高比较大时,采用小区格的交叉加劲形式有更好的效果,对角加劲形式在屈曲后对框架柱有较大的附加作用,因此设计时应增大柱截面或考虑进一步减小板厚,避免框架柱过早发生局部屈曲进而导致结构承载力下降.     

竖向加劲式钢板剪力墙的抗剪性能

用ANSYS有限元程序对两边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行数值模拟分析.将两边连接竖向加劲式钢板剪力墙的初始刚度的有限元计算值与两边连接非加劲钢板剪力墙的理论值进行了比较.探讨了加劲肋和名义轴压比对于钢板墙的影响.分析了带边框构件的两边连接竖向加劲式钢板剪力墙在水平荷载作用下的构件破坏顺序和受力机制.对一个典型尺寸规格的单层带边框两边连接竖向加劲式钢板剪力墙与一个对应边框尺寸规格的单层带边框四边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行推覆分析,对比了两者的部分抗震性能.     

竖向加劲式钢板剪力墙的抗剪性能

用ANSYS有限元程序对两边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行数值模拟分析.将两边连接竖向加劲式钢板剪力墙的初始刚度的有限元计算值与两边连接非加劲钢板剪力墙的理论值进行了比较.探讨了加劲肋和名义轴压比对于钢板墙的影响.分析了带边框构件的两边连接竖向加劲式钢板剪力墙在水平荷载作用下的构件破坏顺序和受力机制.对一个典型尺寸规格的单层带边框两边连接竖向加劲式钢板剪力墙与一个对应边框尺寸规格的单层带边框四边连接竖向加劲式钢板剪力墙进行推覆分析,对比了两者的部分抗震性能.     

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.     

梁侧锚固钢板法中钢板受压屈曲特性试验研究

通过对8个钢板局部屈曲受压试件进行轴压及偏压试验,观测了梁侧锚固钢板加固钢筋混凝土梁(BSP梁)中梁侧锚固钢板在不均匀压应力场下的局部屈曲模态,研究了钢板屈曲应力场分布、屈曲承载力、竖向变形能力及屈曲起拱高度随不同螺栓间距、钢板厚度及纵横向加劲肋配置方式的改变规律.试验结果表明:梁侧锚固钢板的屈曲承载力随螺栓间距的减小及钢板厚度的增加而增大,采用减小螺栓间距为更经济有效的方法;配置纵向加劲肋能更有效地改善钢板的屈曲承载力,改善效果随加劲肋截面尺寸的增大而提高;在纵向加劲肋的基础上再配置横向加劲肋对改善抗屈曲性能无明显效果.     

梁侧锚固钢板加固火后混凝土梁受弯试验研究

按照ISO834国际标准升温曲线对6根钢筋混凝土梁进行受火试验,并用梁侧锚固钢板法对其中5根受损梁进行加固,然后进行四点弯曲试验.分析了锚栓间距、角钢加劲肋、梁侧钢板的高度与厚度等因素对加固梁受弯承载力、刚度及延性的影响.结果表明:火灾后受损梁采用梁侧锚固钢板加固后,峰值荷载和刚度均得到显著提高,但其延性变化各异;受弯性能的加固效果随钢板厚度增大及锚栓间距减小而增强,而角钢加劲肋可有效限制钢板屈曲.通过限制钢板与混凝土连接界面上的相对滑移以及梁侧钢板的屈曲,可显著提高钢板与混凝土梁之间协同工作的程度.     

开孔冷弯薄壁卷边槽钢柱轴压性能的试验研究

为研究腹板开孔具中间加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对两种截面形式的短柱和中长柱共计16根轴压构件的承载力和屈曲模式进行了试验分析.结果表明:所有试件均发生畸变屈曲失效,中长柱试件还伴随有绕弱轴的整体弯曲;腹板孔洞导致构件屈曲模式发生变化,孔洞周边板件有局部屈曲产生;孔洞的存在使试件承载力降低,短柱试件承载力的...     

冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱轴压承载力研究

通过ABAQUS有限元软件对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的轴压性能进行了研究. 通过比较试验和有限元分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线以及极限承载力,发现二者具有良好的一致性,从而验证了有限元模型的准确性. 基于验证的有限元模型,分析了开孔间距、孔型、长细比、腹板加劲肋板件高度以及翼缘宽厚比等对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的受力性能的影响. 结果表明：所有构件的破坏模式均以畸变屈曲失效破坏为主. 增加错列开孔之间的间距可提升构件的极限承载力,且错列开孔构件的承载力相较并排开孔的构件可提升10%以上. 孔型对构件的极限承载力影响较小. 随着腹板加劲肋板件高度的增加,构件的极限承载力总体呈上升趋势. 相较V形加劲截面构件,Σ形加劲截面构件的极限承载力提升约6.5%. 随着构件长细比的增大和翼缘宽厚比的增加,构件的极限承载力均会有所下降.     

Q420钢U肋加劲板轴压承载性能试验研究

对4个缩尺比1∶2的Q420钢U肋加劲板进行轴压承载性能试验,分析U肋加劲板极限承载力、破坏形式以及破坏机理。结果表明：4个U肋加劲板极限承载力均达到全截面屈服承载力;受压U肋加劲板的破坏形式分为局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲破坏3种;极限状态下,受压U肋加劲板在达到极限承载力前发生局部屈曲,最后发生整体屈曲导致板件破坏;通过板件柔度确定的最易发生屈曲的板件位置与实际破坏位置基本一致,说明板件柔度能够预测U肋加劲板在极限状态下的破坏位置。     

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件非线性畸变屈曲承载力计算方法

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法,基于能量法采用大挠度理论对部分加劲板件的非线性畸变屈曲承载力进行推导分析,得到冷弯薄壁型钢部分加劲板件屈曲稳定系数和畸变屈曲承载力计算方法,并采用有限元分析结果验证该方法的精确性。利用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中的有效宽度法公式计算畸变屈曲承载力,与分析提出的建议方法计算结果进行对比分析。研究结果表明:基于能量法提出的计算畸变屈曲承载力方法是精确、可行的。在修正部分加劲板件屈曲稳定系数的基础上,可以采用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中有效宽度法的公式计算发生畸变屈曲的构件截面承载力,从而建立了考虑局部和畸变屈曲承载力的统一计算公式。     

冷弯加劲高强方钢管柱受力性能及经济性分析

工程中常采用在截面上布置加劲肋的方法来增强构件的稳定性能。为研究冷弯加劲对高强钢管柱受力性能的影响，评估加劲高强钢管柱的经济性。采用有限元ABAQUS软件，建立了冷弯加劲钢管柱轴心受压分析模型。通过考察加劲形状、加劲个数、加劲间距及加劲大小对Q355钢管柱受力性能的影响，确定最优截面形式，进而分析在极限承载力相当时，高强Q690冷弯加劲钢管柱比普通Q355钢管柱用钢量的节约程度。结果表明，设置冷弯加劲可以明显地提升钢管柱轴心受压承载力，冷弯加劲对钢管柱承载力的提高作用随着加劲个数的增加基本保持不变。采用单个半圆弧加劲时，对构件承载力的增强作用便可达到良好的效果。冷弯加劲之间的距离对构件的稳定承载能力基本没有影响。加劲圆弧半径建议取板件厚度的2倍。承载力相当时，冷弯加劲Q690钢管柱的用钢量比Q355钢管柱节省35%左右。     

两边连接竖向加劲式钢板剪力墙试验研究

通过对两个1:3的两边连接竖向加劲式钢板剪力墙试件进行低频往复循环加载,研究了结构的初始刚度、滞回性能、承载能力以及破坏机理等性能指标,从而对结构的抗震性能进行了评估.试验研究表明,两边连接竖向加劲式钢板剪力墙作为抗侧力构件承担了大部分侧向力,在弹性阶段产生了预期的屈曲破坏,主要表现为角部钢板的撕裂和鼓曲;在钢板墙破坏后期可以观察到在对角线方向形成了明显的拉力带.因此,非常适合在地震高烈度区进行推广.     

帽形加劲复杂卷边槽钢柱的稳定性能

为进一步了解帽形加劲复杂卷边槽钢柱的受力性能,利用ANSYS有限元分析软件对帽形加劲复杂卷边槽钢柱在轴压和偏压状态下的稳定性能进行分析.研究了立柱长度、板件宽厚比、截面类型以及偏心距对帽形加劲复杂卷边槽钢柱的稳定承载力、破坏模式及变形等性能的影响.研究结果表明: 在板件厚度不变时,C2截面构件的承载效率相比C1截面构件提高了10%~20%,C3截面构件相比C1截面构件提高了40%~50%.腹板帽形加劲复杂卷边槽钢柱的承载力最大发生在负偏心一侧,而腹板及翼缘帽形加劲复杂卷边槽钢柱在正偏心处承载力最大.     

加肋薄壁钢管混凝土柱局部屈曲与承载力分析

采用能量法分析加肋薄壁方形钢管局部屈曲，探讨加劲肋的数量和刚度对屈曲系数的影响，以及加肋薄壁钢管混凝土柱的承载力；同时，在考虑构件屈曲作用及管壁对核心混凝土承载力提高的基础上，提出带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力公式，并用试验数据验证其合理性。研究表明:在薄壁钢管中设置加劲肋，使钢管的局部屈曲系数变大、核心混凝土约束增强，构件极限承载力也相应得到增加；钢管局部屈曲系数随着加劲肋的刚度和数量的增加而增大，合理设置加劲肋可防止构件提早屈曲，提高构件承载力；提出的极限承载力公式和试验结果有较好的吻合度，与实际受力情况更符合。     

节点的构造对火灾下节点响应的影响

采用非线性有限元分析方法对两侧均为负弯矩作用下外伸端板连接的中节点火灾下的破坏模式进行了数值分析.研究发现端板厚度对节点破坏模式有很大的影响,设置承压加劲肋可防止柱腹板的局部屈曲,减小柱腹板的剪切变形,提高结构的耐火能力.     

钢框架中柱刚节点抗火性能试验研究

对栓焊和全焊4个中节点足尺试件进行了抗火试验研究和有限元分析.火灾试验采用恒载升温的模式,让节点单独受火,主要对节点的耐火时间、临界温度和极限转角进行了研究.试验表明:刚性节点耐火时间较短,一般能持续20 min左右;柱腹板设加劲肋可明显提高节点临界温度和极限转角;全焊节点抗火临界温度略高于栓焊节点,二者破坏时的极限转角相差不大.用有限元软件ANSYS 8.0对刚性连接的抗火性能进行了理论分析,得到的结果和试验基本一致.最后,根据试验和有限元分析的结果,对节点的抗火设计和施工提出了建议.     

冷弯薄壁型钢中间加劲板件有效面积计算方法

基于超薄壁高强冷弯型钢槽形截面轴压构件承载力试验研究,参考美国冷成型钢结构构件设计规范、澳洲冷成型钢结构规范和北美冷成型钢结构构件设计规范的计算方法,并结合我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的三类不同加劲板件的有效面积计算公式,对中间加劲板件有效面积的合理计算方法进行了探讨,提出了与我国现行规范有效面积计算方法相一致...     

端部设肋方钢管混凝土柱抗震构造措施及塑性铰

为深入分析端部带肋方钢管混凝土柱的抗震构造措施及柱端部塑性铰形成机制,通过建立三维实体有限元模型并与试验结果验证,有限元结果与试验结果符合较好,在此基础之上进一步建立30个足尺模型,分析轴压比、含肋率以及加劲肋高度等参数对柱的承载力、延性、塑性耗能的影响,提出了不同轴压比下柱的合理含肋率和加劲肋高度等抗震构造措施以及塑性铰判定方法。结果表明：①当含肋率增大,柱的承载力、延性、总塑性耗能值显著提高,加劲肋的塑性耗能占比增大而混凝土的塑性耗能占比减小,对钢管影响较小;②当轴压比为0.2时,柱的承载力下降不明显,延性较好,故可不布置加劲肋,轴压比为0.5、0.8时,合理含肋率分别为0.2、0.4,加劲肋高度分别为1 000 mm、1 500 mm;③当钢管纵向受压应变达到4倍屈服应变时,柱端出现塑性铰,进一步提出了考虑轴压比和含肋率的塑性铰长度公式,公式计算结果与有限元结果离散性较小。     

火灾下轴向约束钢柱性能的Shanley理论模拟

运用改进的Shanley理论对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱进行分析.在已有的Shanley模型上考虑轴向约束的影响,以铰链的两肢的应变作为基本未知量,考虑升温过程中引起的钢材的塑性变形和轴向温度膨胀,从而较为准确地得到钢柱的轴力-温度变化曲线,最后通过与初始轴力的对比得到钢柱的临界温度.计算结果表明该分析方法与有限元计算结果吻合较好.