开缝钢板剪力墙滞回性能研究

开缝钢板剪力墙的开缝形式能够改善结构破坏形式、提高耗能能力及延性。为研究不同开缝形式和开缝参数对开缝钢板剪力墙的滞回性能影响,利用ABAQUS有限元软件建立了开缝钢板剪力墙的数值模型。结果表明,有限元计算结果和试验结果吻合较好。设计了竖缝、斜缝和对称斜缝3种开缝形式,通过28个钢板剪力墙试件的计算分析发现开缝钢板墙能够很好地实现屈曲前屈服。开缝使得钢板墙的承载力和刚度明显下降,但滞回环饱满,具有较好的耗能性能;而对称斜缝钢板墙可获得较好的屈服耗能。研究结果表明:缝间墙肢宽高比为0.2时的钢板墙刚度和耗能性能较好;通过合理设置钢板墙中的开缝参数,可使得钢板墙具有可控的抗侧刚度和承载力,获得较好的抗震耗能能力。通过骨架曲线上的特征点对开缝钢板墙的受力过程进行分析,考察了缝间墙肢宽高比b/h和高厚比h/t对开缝钢板墙滞回性能的影响。     

水平加劲钢板剪力墙承载性能试验研究

加劲钢板剪力墙结构是一种适合工业化生产的新型抗侧力构件。为考察水平加劲钢板剪力墙的受力性能,分别对两榀1/3水平加劲模型试件进行推覆和低周反复荷载试验,研究水平加劲钢板剪力墙的变形性能,分析结构滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等。研究结果表明:水平加劲钢板剪力墙的抗侧刚度较高、耗能能力好、延性系数大于3、承载力退化缓慢。钢板剪力墙水平加劲肋门槛刚度的确定应基于钢板剪力墙弹塑性分析。     

嵌入单个蝴蝶形钢板剪力墙的自复位结构体系的抗震性能研究

在蝴蝶形钢板剪力墙研究的基础上设计了单个蝴蝶形钢板剪力墙。对单个蝴蝶形钢板剪力墙构造和原理进行了说明,研究单个蝴蝶形钢板剪力墙嵌入自复位钢框架中的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、耗能和复位性能。分析结果表明,不含钢板的自复位钢框架自复位效果较好,框架不耗能,可以用于自复位结构体系的研究。当单个加劲蝴蝶形钢板剪力墙嵌入到自复位钢框架中,随着高宽比的变化,结构的滞回性能、承载力峰值及稳定性、耗能和结构残余位移角影响程度较小,可以为设计单个蝴蝶形钢板剪力墙的设计提供参考。     

不同连梁节点构造的联肢钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究不同连梁节点构造时联肢钢板剪力墙结构的抗震性能,制作了3个缩尺比例为1∶3的联肢钢板剪力墙试件。试件中连梁与柱的连接分别采用隔板贯通式焊接节点、穿芯螺栓节点和悬臂梁段-端板节点,竖向边缘构件采用方钢管混凝土柱。对3个试件进行了拟静力试验,得到了联肢钢板剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等指标,分析了结构的延性、耗能能力、承载力及刚度退化等性能。结果表明,各试件位移延性系数均大于5.37,等效黏滞阻尼系数均大于0.211,刚度和承载力退化稳定,承载力退化系数均大于0.91。连梁节点的差异导致各试件的屈服顺序均不相同,采用穿芯螺栓连梁节点的试件,连梁先发生剪切屈服,耗能能力最优;采用悬臂梁段-端板连梁节点的试件,连梁与剪力墙板几乎同时屈服,耗能能力次之;采用焊接连梁节点的试件,连梁因节点焊缝断裂而破坏,试件初始刚度较高,承载力与耗能能力低于其他试件。总体上,各试件的剪力墙板与连梁均发生了较严重的破坏,实现了多道抗震设防的设计目标。     

钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

本文进行了6个13比例钢板剪力墙的低周反复荷载试验,重点研究了钢板墙极限承载力和滞回性能,为钢板墙结构利用屈曲后强度及抗震设计提供试验依据;本试验揭示了边柱局部屈曲、加劲肋布置形式、加劲板刚度和板高厚比对钢板墙滞回性能的影响。试验结果表明,边柱不出现局部屈曲是钢板墙发挥极限承载力的重要保证;厚板和较强的加劲肋对提高钢板墙滞回曲线的饱满度和滞回环面积是有利的;三种钢板墙以交叉加劲板的承载力和滞回性能最佳,十字加劲板次之,钢板墙结构耗能能力依赖于钢板与边柱的弹塑性变形和钢板面外鼓曲变形。试验曲线与应用弹塑性大挠度有限元法计算的滞回曲线吻合良好;利用屈曲后强度的钢板墙受剪承载力,其试验值与本课题建议公式及有限元值计算结果基本一致。     

双波形钢板剪力墙滞回性能研究

为研究双波形钢板剪力墙的滞回性能,利用有限元软件ABAQUS分别建立单波形钢板剪力墙与双波形钢板剪力墙的有限元模型,对2种波形钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,研究了内嵌波形钢板的设计参数对双波形钢板剪力墙滞回性能的影响规律,给出了波形钢板设计参数的取值建议。结果表明:与单波形钢板剪力墙相比,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力及耗能能力均提高,但其延性有一定程度的降低; 内嵌波形钢板的厚度与波形几何尺寸是影响双波形钢板剪力墙滞回性能的关键参数,随着厚度的增大,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力、耗能能力及延性均提高; 随着波长的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度提高,但承载能力及耗能能力降低; 随着波幅的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度降低,但承载能力及耗能能力均提高。     

竖向加劲钢板剪力墙试验研究

为研究加劲肋和竖向荷载对钢板剪力墙受力性能的影响,分别对1榀和2榀竖向加劲钢板剪力墙进行推覆和往复试验,其中往复试验中以有限竖向荷载为控制变量。通过考察剪力墙板变形性能以及竖向加劲肋的整体屈曲及局部屈曲,得到试件的推覆曲线和荷载-位移滞回曲线,并基于试验结果分析试件承载力、抗侧刚度和耗能能力等力学性能。结果表明:有限竖向荷载对竖向加劲钢板剪力墙的屈曲荷载、抗侧刚度和耗能性能影响较大,对屈服荷载和极限承载力影响较小;并给出了竖向加劲肋和侧边加劲肋的门槛刚度系数值。     

冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构的抗震性能,对冷弯薄壁型钢边柱内置薄钢板剪力墙进行低周往复加载试验,对比不同边柱截面厚度及截面形式对其抗震性能的影响。试验中得到了冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、荷载及位移特征值,并对结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载力及刚度退化进行分析。结果表明:冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;增加边柱截面厚度及选用帽形边柱均可提高剪力墙的承载力、刚度及耗能性能。计算3个试件受剪承载力设计值和弹性抗侧刚度,其值均高于常用冷弯薄壁组合墙体的;结合破坏特征提出冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙3个受力阶段;边柱对剪力墙破坏起控制因素,工程设计中应保证边柱承载能力,宜采用"强边柱、弱钢板"的设计理念。     

自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能研究

为改善自复位钢板剪力墙结构中由钢板墙对框架柱的附加弯矩造成的框架柱截面尺寸增大及平钢板剪力墙过早屈曲导致的承载力下降的情况,提出一种采用侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙的自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙,通过对其各组成部分的力学特性进行分析得到自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的恢复力模型及影响其可恢复性的关键点和参数。采用通用有限元软件ABAQUS建立了单层单跨自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的分析模型,通过参数分析研究了自复位钢框架及半圆形波纹钢板剪力墙设计参数对自复位钢框架 半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能的影响。结果表明：随着自复位钢框架的第二与第一刚度比及预应力钢绞线的初始张拉力的增大,自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的复位性能增强,但当层间位移角大于1.5%时,耗能性能随着自复位钢框架的第二与第一刚度比及初始张拉力的增大反而降低;随着波纹钢板剪力墙的弹性初始刚度与自复位钢框架第一刚度比及侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙圆弧直径的增大,自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的复位性能降低,当层间位移角大于1%时,耗能能力随着波纹钢板剪力墙的弹性初始刚度与自复位钢框架第一刚度比及圆弧直径的增大而提高。     

密肋网格防屈曲钢板剪力墙结构性能试验研究

为了研究密肋网格防屈曲构件对钢板剪力墙结构性能的影响,对设置防屈曲构件和不设置防屈曲构件的两榀三层钢板剪力墙结构进行了拟静力试验研究。对比分析两种结构的滞回性能,破坏模式,以及承载力、耗能和刚度等力学性能指标。研究表明：在不考虑肋条对内填板嵌固的基础上,需对密肋网格防屈曲钢板剪力墙肋板间距以及肋板刚度进行构造设计;相比于不设置防屈曲构件的钢板剪力墙,密肋网格防屈曲钢板剪力墙结构,避免了结构滞回环体的捏缩现象和墙板的整体呼吸效应,极大减弱了墙板的声响和震颤现象,降低了边框柱的破坏程度;墙板破坏为小区格内板件和边缘板件的局部屈曲,肋板未发生破坏;设置防屈曲构件结构的承载力和耗能量分别提高24%和20%,位移延性系数降低28%。     

波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙、水平波形钢板-混凝土组合剪力墙以及平钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验,研究了波形钢板-混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力和破坏模式,分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、各阶段特征荷载和位移值等,以及结构的破坏特征、变形和耗能能力、刚度和承载力退化。试验结果表明：波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较大的抗侧刚度、较好的延性和耗能能力;与平钢板-混凝土组合剪力墙相比,波形钢板-混凝土组合剪力墙有较好的界面黏结性能,而平钢板-混凝土剪力墙由钢板变形引起的混凝土剥落严重;波形钢板-混凝土组合剪力墙的初始刚度较平钢板-混凝土组合剪力墙的高,竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和极限位移较水平波形钢板-混凝土组合剪力墙的高,波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力退化和刚度退化比平钢板-混凝土组合剪力墙的慢,表现出较好的受力性能。采用ABAQUS有限元软件可以较好地模拟试验,有限元分析结果表明,波形钢板的应力分布比较均匀,组合作用效应明显,适合在抗震结构中采用。     

装配式交叉密肋钢板剪力墙参数影响分析

提出装配式交叉密肋钢板剪力墙结构,利用有限元分析方法建立纵横密肋钢板剪力墙试验有限元模型,验证建模方法的有效性及可靠性; 建立交叉密肋钢板剪力墙有限元模型,选取内嵌钢板高厚比、密肋钢板网格尺寸2个参数进行变参分析,对比各系列试件的滞回曲线、黏滞阻尼系数、骨架曲线及刚度退化情况,分析内嵌钢板墙几何参数对交叉密肋钢板剪力墙滞回性能的影响,并给出两参数的合理取值范围。结果表明:内嵌钢板高厚比λ≥500时,试件耗能能力、侧向承载能力及延性等性能随内嵌钢板高厚比的减小而显著提升,当λ<500时,上述性能提升幅度不明显,内嵌钢板高厚比λ建议取值500～600; 交叉密肋网格尺寸对试件滞回性能影响显著,试件各项性能随交叉密肋网格尺寸的减小而提升,且提升幅度与网格尺寸减小幅度呈正相关,交叉密肋网格肋板条数建议取值小于等于5×5。     

波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板剪力墙在水平荷载作用下的抗侧力性能,完成了水平波形和竖向波形的钢板剪力墙模型的低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对波形钢板剪力墙模型进行了模拟分析。试验结果表明：波形钢板剪力墙结构具有较高的侧向承载力、较强的抗剪屈曲能力和稳定的滞回性能;竖向波形钢板剪力墙在加载过程中发生了沿墙体对角线的X形剪切破坏;水平波形钢板剪力墙在加载过程中未出现波形钢板的屈曲破坏。因此,水平波形钢板剪力墙的极限荷载比竖向波形钢板剪力墙的更高、延性更好、滞回曲线更加饱满。在水平受剪时,竖向波形钢板剪力墙易产生拉压效应,水平波形钢板剪力墙易发生H型钢柱屈曲。波形钢板与边缘约束H型钢柱之间的焊缝未出现开裂,焊缝连接保证结构的整体性能。对比有限元分析结果与试验得到的数据,水平波形钢板剪力墙的荷载、位移比竖向波形钢板剪力墙的更接近试验值。采用有限元法对不同波角和钢板厚度的水平波形钢板剪力墙的抗侧性能进行了分析,结果表明：当钢板比较薄的时候,容易发生波形钢板的剪切破坏;当钢板较厚的时候,容易发生边缘约束H型钢柱的过早屈曲,对结构的承载力和延性不利;当波形钢板的波角为45°时,波形钢板剪力墙的承载力以及延性性能最佳。波角过大或过小时,剪力墙承载力均有所降低。因此,水平波形钢板剪力墙宜采用45°波角与厚度适中的钢板。     

两边连接薄钢板剪力墙抗侧力性能研究

为了研究两边连接薄钢板剪力墙的抗侧力性能,以钢板高厚比(400、611)和高宽比(0.61、1.10、1.57)为参数,设计6个两边连接薄钢板剪力墙试件,对其进行水平低周反复荷载试验,研究试件的滞回性能、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等性能。试验结果表明,随着钢板高厚比和高宽比的减小,试件的抗侧刚度、承载力和耗能能力明显提高,高宽比对承载力影响较大;各试件屈服时的位移角在1/200~1/160之间,极限位移角均大于1/50,位移延性系数均大于5,具有较好的延性,高宽比和高厚比对屈服位移角的影响较小。利用有限元方法对各试件进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好,随钢板高宽比减小,拉力带的有效宽度增加,承载力和抗侧刚度增大。     

钢板焊接连接的带水平接缝装配式RC剪力墙抗震性能试验研究

为了研究采用钢板焊接连接的带水平接缝预制装配式钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,设计了4个装配式钢筋混凝土剪力墙足尺试件并进行低周往复水平荷载试验,研究参数包括连接钢板厚度、侧向钢板设置和轴压比。结果表明：各试件均为压弯破坏,水平承载力在186~288kN之间,极限位移在25.74~29.37mm之间,滞回曲线为饱满的弓形,延性和耗能能力较好,刚度退化较慢;在连接钢板满足强度要求前提下,增大连接钢板厚度、增加侧向钢板对剪力墙的延性、刚度、承载能力和耗能能力影响较小;提高轴压比可以明显提高装配式剪力墙的刚度和承载能力,但会降低其耗能能力。采用ABAQUS有限元软件对装配式剪力墙抗震性能进行分析,所建立的有限元模型可以较好地模拟装配式剪力墙的受力性能。通过对比采用规范公式计算的承载力与试验承载力,表明可以采用JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中的公式计算文中装配式剪力墙的承载力,并给出了连接钢板的计算方法。     

开斜槽钢板剪力墙的滞回性能

为寻求适用于自复位结构且具有显著捏缩滞回特征抗侧力部件,对单向斜槽钢板剪力墙(steel plate shear wall with inclined slots,IS-SPSW)、双向IS-SPSW及传统薄钢板剪力墙(traditional thin steel plate shear wall,TT-SPSW)的滞回性能进行了研究。分析了剪力墙板高厚比、跨高比参数对IS-SPSW滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响,对比了双向IS-SPSW与TT-SPSW滞回性能的差异。分析结果表明,随剪力墙板高厚比的增加,单向IS-SPSW的水平承载力、抗侧刚度、耗能能力呈降低趋势。剪力墙板跨高比对单向IS-SPSW的水平承载力影响较大,对其滞回曲线、抗侧刚度及耗能能力几乎无影响。与TT-SPSW相比,对称布置的双向IS-SPSW具有显著捏缩的滞回特征和较高的水平承载力,非常适合作为自复位结构的主要抗侧力构件,可降低对复位部件用量的需求。     

带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙,通过对6个剪跨比为2.0、轴压比为0.6的此类剪力墙试件的低周往复加载试验,研究试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、位移延性系数和耗能等抗震性能。结果表明：带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能良好,6个试件的屈服位移角平均值为1/147,极限位移角平均值为1/48,位移延性系数平均值为3.57;减小约束拉杆间距和采用梅花式布置约束拉杆的方式,能更好地对钢板和混凝土提供约束,延缓钢板局部屈曲,增大混凝土的极限变形能力,提高剪力墙承载力、延性和耗能能力,减缓承载力退化和刚度退化,改善剪力墙抗震性能。     

高承载钢板剪力墙抗震性能试验研究

框架-阻尼框筒是以框架-钢板剪力墙代替框架-核心筒结构中的钢筋混凝土核心筒,通过钢板剪力墙提供阻尼和刚度,形成了新的减震体系。基于该体系在超高层建筑中应用需求,完成了2个足尺钢板剪力墙的低周往复加载试验,对比分析了剪力墙在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度及耗能能力,并与相应有限元结果进行对比。结果表明,所提出的高承载钢板剪力墙具有优良的延性和耗能能力,屈服荷载和极限荷载分别超过3300kN和5500kN,满足相应抗震设计要求。同时,有限元分析结果与试验结果吻合较好,可用于后续钢板剪力墙的优化。     

Experimental study on seismic behavior of double-skin corrugated plates and concrete composite shear wall

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验，观察了试件的破坏过程，获取了应变分布数据，分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比，竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高，承载力及刚度退化更为缓慢，延性更好；在承载力接近的情况下，双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的；设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低，使其破坏阶段的承载力退化减缓，且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性，防止其发生面外破坏；试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力，但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快，延性变差；增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度，对延性和耗能能力影响并不显著；采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算，试验结果与计算值吻合良好。