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.     

十字加劲放置形式对钢板剪力墙性能的影响

为研究十字加劲的放置形式对钢板剪力墙结构抗震性能的影响,采用试验和数值模拟的方法对三组单跨两层的平齐端板连接框架-钢板剪力墙结构进行了滞回性能分析,内嵌钢板的形式分别为无加劲、纵横放置十字加劲和对角斜向放置十字加劲钢板墙.对比分析了在低周往复荷载作用下三种不同加劲形式钢板剪力墙的破坏模式,滞回性能、延性、承载能力和耗能等整体性能,以及墙板变形模式、拉力带发育度等墙板局部性能.结果表明:加劲肋的设置减轻了结构滞回曲线的捏缩程度,推后并降低了墙板由呼吸效应产生的噪声和震颤,提升了钢板墙的使用性能.对角斜向放置加劲试件屈服承载力较其余两试件更高,但极限承载力、最终耗能和延性均劣于纵横放置加劲试件.由于放置方向的变化,对角加劲肋破坏较纵横加劲肋更早,肋板较早退出工作,使得对角加劲试件最终退化为无加劲试件,设计时应予以注意.     

竖向槽钢加劲带缝钢板剪力墙力学性能分析

针对带缝钢板剪力墙开设竖缝后墙板平面外凸和刚度下降的问题,提出了一种设置槽钢加劲的带缝钢板剪力墙。采用ABAQUS软件模拟单侧设置两道竖向槽钢加劲带缝钢板剪力墙。通过改变槽钢加劲肋高、肋宽和肋厚,设置若干对照组。从滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线3个方面对其力学性能进行了分析。研究结果表明:槽钢加劲肋高的增加对3个方面参数影响不大。随着槽钢加劲肋宽和肋厚的增加,试件滞回曲线越来越饱满,峰值荷载最大增幅为4.60%,刚度变化最大为71.13%。槽钢加劲肋宽、肋厚的增加有效约束了墙板平面外屈曲,同时结构的耗能能力、承载力和整体稳定性也得到了提升。     

钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙抗震试验研究

为研究新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的抗震性能,设计制作了3片钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙和1片现浇钢筋混凝土剪力墙足尺试件进行静力往复加载试验,试验中考虑了3种不同的墙身厚度取值,以考察高厚比对剪力墙抗震能力的影响.通过试验,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其退化、滞回特性、耗能能力及破坏特征.建立了新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果吻合较好.研究表明:新型钢管混凝土边缘约束叠合剪力墙结合了钢筋混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大与钢管混凝土边缘约束延性好的优势,其承载力、刚度和耗能能力较现浇钢筋混凝土剪力墙有所提高;在所试验的参数范围内,高厚比对剪力墙的力学性能影响不大.     

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.     

火灾后钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

对6榀普通钢筋混凝土剪力墙进行了低周反复水平荷载试验,其中3榀剪力墙在进行荷载试验之前,遭受了轴压状态下（最大轴压比为0.46）的火灾试验.分析了火灾作用及轴压比对混凝土剪力墙破坏形态、承载力、延性、滞回特性、刚度及耗能能力的影响规律.结果表明：随着轴压比增加,火灾作用使混凝土剪力墙在常温下由弯剪破坏向剪切破坏转化的主斜裂缝破坏特征逐渐消失;火灾后剪力墙的承载力、延性降低,累积滞回耗能和初始刚度大幅下降,其抗震性能明显降低;与常温下类似,随着轴压比在一定范围内的提高,火灾后剪力墙的承载力及刚度提高,但延性和耗能能力降低.     

基于ABAQUS的钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究

通过选取合理钢材和混凝土的本构模型,基于有限元软件ABAQUS建立了带暗柱的钢筋混凝土剪力墙滞回性能有限元模型。通过与实验结果的对比,验证了本文数值模型的正确性,并研究了该类剪力墙的强度退化和耗能能力,分析了暗柱和墙板含钢率对剪力墙抗震性能的影响。结果表明,该建模方法能够较好的模拟钢筋混凝土剪力墙的刚度退化及滞回耗能,可为该类构件抗震性能分析提供参考。     

带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点试验

为了讨论加劲肋对连接性能的影响,对带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点进行了循环荷载作用下试验研究.分析了端板、端板加劲肋、梁柱翼缘和腹板在荷载作用下的应力情况,确定了这种连接的受力性能及破坏模式,分析此类连接的滞回曲线、连接初始刚度、承载能力和延性特征.试验结果表明,加劲肋是提高节点性能的一项有效措施.     

带楼板双槽钢组合截面构件抗震性能试验研究

为研究带钢筋混凝土(RC)楼板双槽钢组合截面构件的抗震性能,对4个带RC楼板试件进行了常轴力和往复弯曲共同作用下的拟静力试验,分析了填板间距、有无加劲肋和腹板高厚比等参数对试件抗震性能的影响.结果 表明:各试件的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力和延性;减小填板间距,对试件的承载力和刚度影响较小,但提高了试件的延性和耗能能力;试件SJ3的峰值荷载和初始刚度比试件SJ1的分别提高了28.42％和22.70％,说明在试件的塑性铰区设置加劲肋可提高其承载力和刚度;试件SJ4的峰值荷载、延性系数、初始刚度和累计耗能量比试件SJ1的分别提高了33.88％、20.70％、27.40％和12.84％,说明减小腹板高厚比,可显著改善试件的抗震性能.     

梯形正交加劲钢板剪力墙抗侧性能分析

提出了一种梯形正交加劲钢板剪力墙(TSW)结构,利用有限元软件ABAQUS创建了TSW模型,在验证了有限元建模方法的准确性后,进行了TSW与网格密肋钢板剪力墙(GSW)结构的非线性推覆对比和滞回性能对比分析,并对TSW进行参数分析。结果表明：在单调加载下的非线性推覆对比中,相较于GSW,TSW的初始刚度、峰值荷载和屈服荷载分别提升了9%、18%和26%;在水平往复荷载下的滞回性能对比中,相较于GSW,TSW的初始刚度、屈服荷载、峰值荷载和延性分别提高9%、26%、16%和5%。TSW对钢板剪力墙的面外变形的抑制效果大于GSW。内嵌钢板设置梯形加劲肋可以改善其过早发生整体屈曲。加劲肋厚度和加劲肋高度可以显著提高TSW的抗震性能,但加劲肋底边宽度对TSW的影响可以忽略不计。建议加劲肋厚度为6 mm、加劲肋高度不超过60 mm。     

薄钢板剪力墙等效拉杆模型研究

首先,对薄钢板剪力墙简化分析模型进行研究,采用通用有限元软件Abaqus建立薄钢板剪力墙Shell单元模型以及采用SAP2000建立等效拉杆简化分析模型,对比两种模型在静力荷载下的力学性能,从而得到等效拉杆模型杆元根数的合理范围。其次,修正了薄钢板剪力墙简化分析模型中杆元面积计算公式,更好地模拟薄钢板剪力墙的初始抗侧刚度。最后,对比等效双向拉杆模型与Shell单元模型两种模型的滞回性能,结果表明:采用SAP2000建立的等效双向拉杆简化分析模型能够较好地模拟出薄钢板剪力墙的滞回性能。     

加劲肋加强T型方管相贯节点抗震性能分析

为了研究加劲肋加强T型方管相贯节点的抗震性能,本文用有限元分析软件ABAQUS对有加劲肋和无加劲肋的T型方管相贯节点进行滞回性能对比分析,通过变换加劲肋的宽度bw和厚度tw分析参数η(bw/D)和τ(tw/T)对节点耗能能力的影响。结果表明:加劲肋加强节点的极限承载力是无加强作用普通相贯节点的2~5倍,加劲肋在提高节点承载力作用上效果明显,无加强普通节点延性系数为1.6,而加劲肋节点延性系数为2~3之间,加劲肋可以改善节点的延性。加劲肋加强节点的滞回曲线比无加强普通相贯焊接节点的滞回曲线更加饱满,设置加劲肋使节点的耗能性能大大提高。     

混凝土密柱石膏复合墙板抗震性能及简化模型

混凝土密柱石膏复合墙板是一种由钢筋混凝土和石膏纤维板组成的可用于多高层建筑的新型组合墙体结构.本文对混凝土密柱石膏复合墙板在低周往复荷载作用下的滞回性能进行了数值分析,得到了复合墙板的滞回曲线和骨架曲线,讨论了剪跨比、轴压比等参数对复合墙板承载力、耗能能力及刚度退化等的影响.结果表明,混凝土密柱石膏复合墙板滞回曲线饱满,耗能能力较强,抗震性能较好,剪跨比对复合墙板滞回性能有较大影响.建立了混凝土密柱石膏复合墙板的等效带缝剪力墙简化分析模型.对等效带缝剪力墙的滞回分析表明,等效带缝剪力墙与混凝土密柱石膏复合墙板受力机理及滞回性能均较为接近,验证了采用等效带缝剪力墙进行混凝土密柱石膏复合墙板整体结构地震响应分析的适用性和可靠性.     

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.     

劲性自密实混凝土叠合剪力墙抗震性能研究

对5片劲性自密实混凝土叠合剪力墙和1片全现浇劲性混凝土剪力墙进行抗震性能试验,研究分析在不同型钢配置形式条件下,劲性自密实混凝土叠合剪力墙的破坏形态、滞回性能、刚度退化能力、延性、耗能性能等,并与全现浇混凝土剪力墙的相比。研究结果表明:自密实混凝土叠合剪力墙与全现浇劲性混凝土剪力墙具有相似的破坏模式、滞回性能和耗能能力,但后者的延性较好;型钢种类对自密实混凝土叠合剪力墙的承载力和耗能能力影响不大,但配置H型钢墙体的延性更好。     

抗弯刚度比对加劲板屈曲性能的影响

以一大型薄壁钢结构的加劲板为研究对象,采用有限元方法,考虑了13种不同的刚度比、多种不同的加劲肋布置方式以及边界条件等因素,分析了加劲板线性屈曲和非线性屈曲性能.抗弯刚度比对加劲板的屈曲性能影响显著,加劲板最佳抗弯刚度比将其线性屈曲模态划分为整体屈曲和局部屈曲,其值为10～20.加劲板非线性屈曲荷载随抗弯刚度比增大而提高.另外,在加载方向增加加劲肋布置可以提高加劲板局部屈曲荷载,在非加载方向增加加劲肋布置对加劲板的局部屈曲性能影响较小.     

冻融损伤钢筋混凝土剪力墙恢复力模型研究

为研究冻融损伤钢筋混凝土(RC)剪力墙的滞回特性,通过试验回归与理论分析相结合的方法,对8榀冻融损伤RC剪力墙拟静力试验结果进行分析.综合考虑冻融损伤参数与轴压比对极限功比指数和不同受力状态下RC剪力墙承载力及变形的影响,建立了冻融损伤RC剪力墙构件极限功比指数与骨架曲线特征点参数计算模型.考虑强度衰减、刚度退化以及捏缩效应,采用两折线模型表示滞回环卸载段刚度变化,建立了冻融损伤RC剪力墙构件恢复力模型,并与试验墙进行了模拟对比,从滞回曲线与累积滞回耗能两个方面验证了模型的准确性.     

核电站双钢板混凝土剪力墙抗剪强度研究

以核电站屏蔽厂房剪力墙为原型,对含栓钉和加劲肋的双钢板混凝土组合剪力墙进行低周往复加载抗剪试验研究.试件包含3个1︰4缩尺模型,变化参数为栓钉间距与加劲肋,分析了试件的破坏特征、承载力以及耗能情况.试验研究发现:组合墙体整体受力性能良好,具有较强的抗剪性能.通过设置加劲肋,能有效提高墙体承载能力、刚度和延性.在试验基础上进行了有限元数值模拟与参数研究,研究了混凝土强度、钢板厚度、轴压力和加劲肋设置对抗剪强度的影响程度,并初步建立了核电站双钢板剪力墙抗剪强度计算公式,为核电安全壳设计理论的建立打下了基础.     

钢混框架薄钢板剪力墙多层结构抗震

在对薄钢板剪力墙单层结构理论和试验研究的基础上,利用ADINA分析程序建立了非线性有限元多层结构滞回分析模型,具体分析了反复加载下薄钢板剪力墙构件的受力破坏特征及抗震性能。从理论分析角度,探讨在地震区使用薄钢板剪力墙多层结构的可行性。模型的分析计算显示,对于钢筋混凝土框架多层结构,当设计的钢板长细比适宜时,在框架内填充钢板组成的薄钢板剪力墙,可显著提高结构的刚度、承载力,同时也具有较好的延性及耗能性能,对工程应用具有重要的参考价值。     

钢混框架薄钢板剪力墙多层结构抗震

在对薄钢板剪力墙单层结构理论和试验研究的基础上,利用ADINA分析程序建立了非线性有限元多层结构滞回分析模型,具体分析了反复加载下薄钢板剪力墙构件的受力破坏特征及抗震性能。从理论分析角度,探讨在地震区使用薄钢板剪力墙多层结构的可行性。模型的分析计算显示,对于钢筋混凝土框架多层结构,当设计的钢板长细比适宜时,在框架内填充钢板组成的薄钢板剪力墙,可显著提高结构的刚度、承载力,同时也具有较好的延性及耗能性能,对工程应用具有重要的参考价值。