半刚性钢框架-双层薄钢板剪力墙结构力学分析

文章提出一种新型抗侧力结构半刚性钢框架-双层薄钢板剪力墙结构,利用Ansys有限元分析软件分析框架柱刚度、钢板高厚比和钢板跨高比等参数的改变,对结构抗侧承载力和钢板承担剪力比例的影响。结果表明,适当的框架柱能够对双层钢板提供足够的约束,使钢板的拉力带能够充分发展而提高剪力墙的承载力,钢板的承载力随着钢板跨高比的增大而增大,因此,选取合适的钢板跨度对钢板墙在结构中的应用具有重要意义。     

波纹钢板剪力墙结构的抗侧性能分析

利用有限元分析软件ABAQUS,对16个单层波纹钢板剪力墙结构进行弹性屈曲分析和非线性推覆分析,研究其在侧向荷载作用下的工作机理和抗侧性能,并探究了波纹几何参数对波纹钢板剪力墙结构屈曲性能和抗侧性能的影响规律.研究结果表明:与平钢板剪力墙相比,波纹钢板剪力墙具有较高的弹性屈曲临界荷载以及抵抗竖向荷载的能力,同时也具有良好的抗侧性能;随着宽高比的增加、高厚比的降低,波纹钢板剪力墙的初始抗侧刚度和极限承载力均提高;随着波纹钢板波幅的增加,极限承载力增大,初始抗侧刚度的变化较小;波纹钢板波长的增加对极限承载力以及初始抗侧刚度的影响均较小.     

屈曲约束开缝钢板剪力墙性能研究

通过分析四块屈曲约束开缝钢板剪力墙实验各参数,印证了对普通开缝钢板剪力墙所提出的初始刚度和极限承载力设计公式同样适用于屈曲约束开缝钢板剪力墙.由于面外约束构件的作用,屈服承载力应取开缝条带全截面屈服时刻而不是边缘屈服时刻.分析了第二刚度与第一刚度的相互关系,提出了屈曲约束开缝钢板剪力墙的双折线滞回模型.     

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.     

两边连接钢板剪力墙试验与理论分析

通过对仅与框架梁连接的两边连接钢板剪力墙在往复荷载作用下的试验,探讨了其滞回特征和耗能能力.结果表明该类剪力墙具有较高的初始刚度和承载力,受荷后期沿对角线形成拉力带,利用屈曲后性能承担荷载并耗能,具有稳定的耗能能力,延性系数超过5.0,符合现行国家规范的设计要求.采用有限元分析方法研究了钢板高厚比和跨高比对骨架曲线的影响,提出了便于应用的骨架曲线简化模型和计算方法.     

低剪跨比带约束拉杆双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究低剪跨比带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对6个带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件进行了滞回加载试验,研究了低剪跨比情况下包含不同参数的组合剪力墙的破坏模式、变形能力及耗能能力,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化曲线以及累计耗能曲线.然后,采用Open Sees程序对带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件和普通钢筋混凝土剪力墙分别进行了数值模拟分析.研究结果表明:在低剪跨比情况下,带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能良好;减小约束拉杆间距和端部增设型钢构件均可提高试件的承载力并改善其延性;与普通钢筋混凝土剪力墙相比,组合剪力墙的承载力和耗能能力显著提高.     

新型高强混凝土组合剪力墙受剪性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的延性和耗能能力,同时不削弱墙体的刚度和承载力,提出了双钢板高强混凝土组合剪力墙．利用Abaqus有限元分析软件,建立了无暗柱型与方钢管暗柱型两种双钢板高强混凝土组合剪力墙模型,分析了高宽比和轴压比对这两种组合剪力墙承载力和延性的影响,并对外侧钢板与混凝土的相互作用进行了分析．结果表明：随着高宽比的减小,这两种组合剪力墙承载力和弹性阶段刚度明显提高,破坏形态也由弯曲破坏向剪切破坏过渡．随着轴压比增大,无暗柱型组合剪力墙承载力下降,延性降低;方钢管暗柱型组合剪力墙承载力和刚度变化不大,延性呈下降趋势．设置方钢管暗柱可以加强对墙肢的约束,有效提高双钢板高强混凝土组合剪力墙的承载力和延性．     

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.     

焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能分析

大多数双钢板-混凝土组合剪力墙采用螺栓连接或焊接肋的方式使钢板和混凝土协同工作。然而,这种连接方式可能导致整体性和塑性变形效率较低,且制作复杂,焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙能够有效地避免这些问题。为了深入研究焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,基于约束混凝土真三轴塑性-损伤本构模型和钢材弹塑性混合强化-韧性损伤本构模型,建立了组合剪力墙的精细化三维实体-壳模型,将模拟所得的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、弹性刚度、承载力、累积耗能、等效阻尼粘滞系数和延性系数与已有拟静力试验结果相比较,发现两者吻合较好。分析结果表明：轴压比对组合剪力墙模型算例刚度和承载力的影响较小,而随剪跨比增大,组合剪力墙模型算例的刚度和承载力呈线性降低;轴压比对组合剪力墙模型算例总塑性耗能的影响较小,而剪跨比的影响较大,剪力墙总塑性耗能随剪跨比增大而降低;轴压比和剪跨比都不会改变算例各部件的耗能分配机制,即组合剪力墙模型算例以外钢板和内隔板耗能为主。     

双钢板-混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验

对4个双钢板-混凝土短肢组合剪力墙试件进行了试验,考虑了单调、循环两种加载方式以及1.0、2.0两种剪跨比,研究了该类墙体的破坏模式、延性、刚度、承载力、耗能等抗震性能指标.试验结果表明:组合剪力墙在加载过程中经历了混凝土的开裂和压溃、钢板的屈曲和屈服甚至断裂,其破坏模式属于典型的弯曲控制型破坏;组合剪力墙的位移延性系数均超过3.0,试件具有较好的变形能力;剪跨比为2.0的组合剪力墙具有更好的延性;循环加载组合剪力墙表面钢板的屈曲和混凝土的严重损伤,致使其耗能较差;循环加载组合剪力墙的极限荷载、延性系数较单调加载组合剪力墙均降低10%以上.提出限制表面钢板屈曲的优化建议.     

三边约束受剪钢板力学特征研究

以框架短肢钢板剪力墙结构中的三边约束、一边弹性约束的受剪钢板墙体为研究对象,采用理论分析及物理试验的方法对其力学特征进行了分析研究.基于四边约束板的对角线屈曲模型,分析了三边约束、一边弹性约束的钢板力学特征.通过简化模型,建立了三边约束受剪板的抗剪承载力的计算公式,在此基础上推导出钢板斜向拉力带倾角与角钢弹性约束刚度的...     

基于钢板弹性屈曲理论的组合墙轴压试验研究

为了研究核电工程涉及的超大厚度钢板混凝土组合墙体的整体性能及钢板的屈曲规律,基于3个不同的钢板弹性屈曲理论分析设计和实施了4个钢板混凝土组合墙轴压试验模型,试验中主要考虑距厚比参数的不同.分析了构件的破坏过程、荷载-位移曲线、钢板的荷载-屈曲曲线.分析结果表明:钢板的屈曲或屈服对试件整体刚度影响不明显;合理的栓钉布设能有效地保证钢板和混凝土协同工作,随着栓钉布设的距厚比变小钢板的屈曲应变和应力有所增大.在试验分析基础上,导出了组合墙体的初始刚度和极限承载力的经验公式,给出了适合组合墙体钢板弹性屈曲应变计算的理论公式.     

预应力组合斜撑型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能数值模拟

为了研究内置预应力组合斜撑型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能,采用有限元软件DIANA通过与试验实测的滞回曲线、骨架曲线、预应力施加后混凝土主应变分布及峰值荷载时裂缝分布进行对比,建立了精细化的数值模型.基于校准模型,分析了预应力值、剪跨比和斜撑形式对该类构件荷载—位移曲线、刚度及承载力的影响.研究表明,内置X形预应力组合斜撑的型钢混凝土短肢剪力墙具有较好的抗震性能;随着剪跨比增加,构件的初始刚度和承载力降低,变形能力增强;增加预应力值能够提升构件正常使用阶段的抗侧刚度,但会导致构件承载力有轻微降低,建议控制预应力值在0.6f_y左右;X形和A形斜撑对构件的初始刚度和峰值荷载影响不大,但延性变化明显,其中低矮墙时X形斜撑优于A形,中高墙和高墙时相反.     

蝴蝶形钢板剪力墙自复位结构有限元分析

为了明确蝴蝶形钢板剪力墙自复位结构的抗震性能,通过经验证有效的有限元数值模拟方法,比较了不同高厚比的蝴蝶形板在结构滞回性能、单位体积耗能、耗散系数、面外最大位移、面外滞回曲线方面的差异,借助骨架曲线分析了不同高厚比的蝴蝶形钢板剪力墙对结构承载力和延性的影响。结果表明:高厚比为300的蝴蝶形钢板剪力墙自复位结构的综合性能优于其他高厚比的蝴蝶板,建议蝴蝶形板高厚比控制在300左右。最后,还提出残余变形是衡量自复位结构复位性能的重要指标,并初步给出了高厚比最小限值的理论公式。     

四角两边连接防屈曲钢板剪力墙力学机制

为了保障降低框架柱刚度要求的同时,可以平衡防屈曲钢板剪力墙作为抗侧力构件和耗能构件的功能,本文提出了四角两边连接防屈曲钢板剪力墙。通过理论推导和数值模拟对四角两边连接防屈曲钢板剪力墙力学性能进行研究,给出了理论承载力和最小刚度表达式,分析了内嵌钢板与钢框架相互作用机制,阐述了四角两边连接防屈曲钢板剪力墙刚度和延型,研究了钢框架和内嵌钢板剪力分配规律。研究表明：四角两边连接防屈曲钢板剪力墙相较于四边连接防屈曲钢板剪力墙降低了边框柱刚度最低要求的40%;内嵌钢板承担了80%以上的剪力,当塑性铰完全形成之后,内嵌钢板与框架柱承担剪力比例趋于平衡;混凝土盖板的约束作用能够有效提高内嵌钢板承担剪力能力,混凝土盖板厚度大于40 mm,结构初始刚度和内嵌钢板承担剪力不再增加。因此,四角两边连接防屈曲钢板剪力墙具有良好的抗震性能,可以作为抗侧力构件应用于高层建筑抵抗水平荷载。     

基于OpenSees的预制开洞内嵌钢板装配式剪力墙抗震性能分析

针对装配式剪力墙结构中预制内墙构件存在的自重大、构件本身刚度大及由此带来的构件运输吊装压力大、节点连接要求高等问题,本文通过引入钢板剪力墙耗能部件的概念,开发出一种新型装配式剪力墙构件:预制开洞内嵌钢板装配式剪力墙.通过有限元分析程序Open Sees研究了该构件的滞回耗能能力,探讨影响其抗震性能的参数.分析表明,低剪跨比的剪力墙墙体开洞并在洞口内嵌薄钢板处理之后,结构的延性和滞回耗能相对于普通剪力墙有较大的提高,同时承载力同比降低幅度小于15%;内嵌钢板高厚比、墙体开洞口尺寸对该新型剪力墙构件抗震性能具有较大的影响;为使周边墙肢与内嵌钢板刚度匹配更好发挥钢板耗能能力,建议钢板高厚比不小于150;周边墙肢连梁设计成为壁式框架体系能提早发挥内嵌钢板的屈曲后拉力场,增加结构的耗能能力.     

剪力墙结构中钢筋混凝土楼板膜效应试验研究

以剪力墙结构中的连续楼板为研究对象,设计了12个剪力墙约束钢筋混凝土单向板试件,试验研究了侧向约束条件下楼板的承载力.试验结果表明,受压力膜效应影响,当侧向约束刚度与试件自身刚度之比为0.022∶1时,试件的极限承载力较上限方法计算的结果平均提高了38.3%.在试验结果的基础上,对比研究了支座与中间板带的刚度比、支座轴压力、跨高比、配筋率以及侧向约束力等参数对试件受力性能的影响,得到了压力膜效应和拉力膜效应临界点与跨中挠度的对应关系.     

四边连接开洞屈曲约束钢板墙的承载力和刚度

为避免对四边连接屈曲约束钢板墙在连接处首先发生破坏,提出在屈曲约束钢板墙上错列开洞使塑性应变主要分布在钢板墙内部,并通过形成斜向拉力带和压力带保证屈曲约束钢板墙具有较好的材料利用效率。利用理论分析方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙的屈服荷载和初始刚度进行了研究,提出屈服荷载和初始刚度的计算公式,公式形式简单、计算方便,与有限元分析结果的对比表明计算结果具有较高的精度。     

蜂窝形钢空腹夹层板楼盖振动舒适度分析

为了研究新型蜂窝形钢空腹夹层板楼盖的竖向振动舒适度,以自振频率和加速度为双控指标,采用子空间迭代法计算结构基频和各阶振型;然后,采用行走路线法对结构进行时程分析,计算结构在人行荷载作用下的加速度响应.考虑跨高比,上覆混凝土板厚度和上、下肋刚度对结构基频和加速度响应的影响,对结构进行参数化分析.结果表明:蜂窝形钢空腹夹层板基频随着跨高比、上覆混凝土板厚度的增大而减小,随着上、下肋刚度的增大而增大;峰值加速度随着跨高比的增大而增大,随着上覆混凝土板厚度及上、下肋刚度的增大而减小.     

足尺钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为探究不同剪跨比下钢骨对足尺剪力墙结构抗震性能的影响,设计了一种适用于超高层建筑物的钢骨栓钉混凝土剪力墙形式,进行2个足尺钢骨混凝土剪力墙和2个钢筋混凝土剪力墙的低周往复荷载试验,对比分析试件的滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。研究表明:剪力墙试件剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;剪跨比较小时,试件发生剪切破坏。相较于钢筋混凝土剪力墙试件,钢骨的加入,减缓了试件裂缝的发展,降低了试件破坏程度,剪力墙试件的承载力、变形能力、延性、整体刚度和耗能能力都得到提高。剪跨比较小的剪力墙试件承载力更大,初始刚度、耗能能力明显增强,但延性较低。钢骨、栓钉、混凝土协同工作能力良好。