带竖缝砌体填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了研究带竖向缝槽砌体填充墙对框架结构抗震性能的影响,开展了3榀带竖向缝槽砌体填充墙框架结构模型、1榀整体砌体填充墙框架结构模型和1榀纯框架结构模型在低周反复荷载作用下的对比试验。对比分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等。结果表明：砌体填充墙的存在显著提高了框架结构的抗侧刚度和水平承载力,砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,砌体填充墙框架的累积耗能能力明显优于纯框架;在填充墙与框架柱间设置一定宽度的竖向缝槽,减少了两者间的相互作用,延缓了填充墙和框架梁、柱的开裂,其水平承载力介于纯框架和整体填充墙框架之间,但其延性和耗能能力得到了较大的改善;在填充墙中设置一定宽度的竖向缝槽形成带竖向缝槽砌体填充墙框架,其水平承载力介于纯框架和整体填充墙框架水平承载力之间,其极限位移角与纯框架的基本相同,具有较好的延性和耗能能力。     

砌体填充墙钢框架结构三支杆模型的抗连续倒塌分析

组合结构中填充墙对结构的强度、刚度及延性有显著的影响。在连续倒塌工况下框架和墙之间的相互作用直接影响组合结构的刚度和动态特性,在设计中直接忽略填充墙作用的方法并不经济、安全。提出一种简单方法,将填充墙等效为三支杆模型来估算砌体填充墙钢框架在角部压碎模式下的刚度、竖向承载力。通过已有的砌体填充墙钢框架失效的数据建立非线性简化模型,对此模型进行连续倒塌分析得到填充墙对组合结构刚度、动态特征的影响。研究表明填充墙能有效提高结构抗连续倒塌能力。     

CCA内嵌EPS混凝土填充墙钢框架结构受力性能试验研究及有限元分析

为减少蒸压无石棉纤维素纤维水泥板(CCA)内嵌EPS混凝土填充墙在侧向荷载作用下的开裂,设计了1榀1∶2缩尺的单层单跨的填充墙两侧带缺口的CCA内嵌EPS混凝土填充墙框架试件KJ-3X,并进行了低周往复荷载试验。此外,还设计了1榀纯框架试件KJ-1和1榀常规CCA填充墙框架试件KJ-2,并对两榀试件进行了低周往复荷载试验。通过3榀试件的对比,分析各试件的破坏特征、滞回曲线和刚度退化,研究带缺口的CCA填充墙与钢框架的协同受力性能和带缺口的CCA填充墙的破坏特征。为了深入研究CCA填充墙的微观破坏特征,还对试件KJ-2、KJ-3X建立有限元模型并进行受力性能分析。结果表明:常规CCA填充墙出现裂缝时的位移角为1/150,带缺口的CCA填充墙出现裂缝时的位移角为1/100,带缺口构造可减小CCA墙板的应力集中,使其开裂得到延缓;与常规构造相比,带缺口的构造可以弱化CCA填充墙对框架的承载力及刚度的贡献,初始刚度可减少6%,并减缓CCA填充墙框架在墙板开裂之后的刚度退化速率。     

空腔砌体复合填充墙钢框架结构极限承载能力试验研究

完成了模型率为1∶2的一榀纯钢框架和一榀1∶2空腔砌体复合填充墙钢框架试件的低周往复加载试验。详细地描述了钢框架结构和空腔砌体复合填充墙钢框架结构在低周往复加载作用下的破坏过程,分析了其在低周往复加载作用下的破坏形态、刚度退化、滞回性能和耗能能力等特性,结果显示空腔砌体复合填充墙钢框架结构比一般普通钢框架结构抗侧力性能好,耗能能力强。探讨了影响空腔砌体复合填充墙钢框架结构承载力的主要因素,并提出了改进措施。提出了空腔砌体复合填充墙钢框架结构的极限承载力计算公式,及其设计方法。该研究成果可为空腔砌体复合填充墙钢框架抗震设计提供依据。     

足尺砌体填充墙RC框架抗震性能试验研究

为研究砌体类型对填充墙框架结构抗震性能影响,开展了4榀足尺填充墙框架与1榀空框架试件的水平低周往复荷载试验。填充墙砌块类型包括空心黏土砖、混凝土空心砌块、陶粒混凝土砌块和加气混凝土砌块4种。基于试验结果分析了不同砌块类型对填充墙框架破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能性能、承载力和刚度退化等的影响。试验结果表明:加气混凝土砌块填充墙在整个加载过程中均表现出良好的整体性,而其他三种砌块填充墙在位移角1/50时即出现局部压溃剥落,并随位移角幅值增加破坏逐步加重;砌体填充墙的存在增强了填充墙框架的初始刚度和屈服割线刚度,同时也明显增大了其水平承载力;各填充墙框架试件的位移延性系数均大于5,其中加气混凝土砌块填充墙框架的承载力和刚度退化较慢,表现出比其他三种砌体填充墙框架更好的变形能力;基于试验结果并结合国内外框架抗震性能水平的划分标准,提出了砌体填充墙框架结构不同抗震性能水平的层间位移角限值。     

阻尼砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

通过对阻尼砌体填充墙框架、空框架和普通砌体填充墙框架的低周反复加载试验,对比研究阻尼砌体填充墙框架结构的滞回性能、承载能力、变形能力、延性、刚度退化、耗能性能和破坏特征等。结果表明：阻尼砌体填充墙通过砌体单元往复剪切阻尼层参与结构的滞回耗能,具有良好的耗能效果,阻尼砌体填充墙框架结构滞回曲线饱满,耗能能力强,等效黏滞阻尼系数在0.1以上;阻尼砌体填充墙能为框架提供一定的抗侧力和抗侧刚度,但其对框架提供的抗侧刚度和约束效应较普通砌体填充墙大为削弱,避免了框架柱产生剪切破坏;阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减速率和刚度退化速率明显较普通填充墙框架结构缓慢,极限层间位移角与空框架的基本相同,具有良好的延性和变形能力。     

轻质墙板填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究轻质墙板填充墙钢筋混凝土框架与页岩空心砖砌体填充墙钢筋混凝土框架的抗震性能差异,以及填充墙与框架的连接形式对填充墙框架抗震性能的影响,进行了2榀轻质墙板填充墙钢筋混凝土框架试件和1榀页岩空心砖砌体填充墙钢筋混凝土框架试件在水平单向重复推覆力作用下的加载试验,对试验现象、荷载-位移曲线、刚度退化曲线、塑性转角、剪切变形角、层间位移角和位移延性系数进行分析。研究结果表明：与页岩空心砖砌体相比,轻质墙板与框架协同工作的能力更强;当轻质墙板与框架为柔性连接时,初裂荷载最小,但结构的屈服荷载最大,变形能力也最强;页岩空心砖砌体与框架采用刚性连接时,峰值荷载最小,变形能力也最弱,结构的抗震性能最差;轻质墙板与框架为刚性连接时,峰值荷载最大;L形卡件对轻质墙板偏转可起到一定的约束作用;纤维网防裂带对保护轻质墙板填充墙的作用明显。     

开洞对RC框架填充墙平面外受力性能的影响

基于ABAQUS有限元分析软件,建立了钢筋混凝土(RC)框架砌体填充墙结构非线性有限元模型,并对框架砌体填充墙结构破坏全过程进行了模拟,验证了所建模型的可靠性。建立了200 mm厚的填充墙模型,分析不同开洞率、开洞位置、开洞形状对RC框架填充墙结构纵墙平面外抗震性能的影响,根据填充墙的等效应力云图和等效塑性应变云图,对模型的受力情况及填充墙的破坏形式进行分析,总结了开洞对填充墙平面外受力性能的影响。结果表明:在开洞率为10%,20%,30%,40%的框架填充墙模型中,开洞率越小,填充墙的平面外破坏就越接近脆性破坏; 开洞率为10%的填充墙框架尺寸不变时,开洞靠近框架柱开设,填充墙出现裂缝的层间位移角更小,发展更迅速; 开洞率为20%的填充墙框架尺寸不变时,开洞的高宽比越小,填充墙的边界裂缝和水平横缝出现的层间位移角越大。     

考虑砌体填充墙作用的框架结构动力弹塑性分析

采用YJK软件考虑砌块填充墙的刚度作用,在Perform–3d中利用等效斜压杆模型模拟填充墙的作用,通过优化等效斜撑的参数,使Perform–3d计算的主要周期与YJK计算的周期基本一致,然后利用Perform–3d进行罕遇地震下的动力弹塑性分析,采用不设置砌体填充墙的钢筋混凝土框架作为对比模型,两者在罕遇地震作用下的动力弹塑性分析表明,砌体填充墙在罕遇地震作用下能耗散一部分能量,设置砌体填充墙的钢筋混凝土框架在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角明显减小,其所吸收的地震作用较纯框架结构明显增大,实际工程中应特别注重砌体填充墙的构造连接。在充分利用砌体填充墙有利作用的前提下,合理控制框架结构的强度和刚度,尽量延缓钢筋混凝土框架结构强度和刚度退化的剧烈程度。     

带SBS层阻尼砌体填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

针对阻尼砌体填充墙的砌体单元抗拉能力不足及预留缝隙不便于建筑使用的问题,提出改进的墙体构造措施,并制作2榀阻尼砌体填充墙框架试件,对其进行拟静力试验,研究阻尼砌体填充墙框架结构的抗震性能。试验结果表明:拉结筋通长布置的构造措施可有效解决砌体单元抗拉能力不足的问题;在克服了砌体单元的拉裂破坏后,阻尼砌体填充墙的耗能效果显著提高,阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减更慢,滞回曲线更饱满,耗能能力更强,等效黏滞阻尼系数达到0.12以上;用M1.5砂浆和用发酵聚氨酯填缝的构造措施都是可行的,可确保阻尼砌体填充墙率先耗能、发挥保护主体框架的作用,明显提高阻尼砌体填充墙早期对框架的刚度贡献,同时保留阻尼砌体填充墙不过强约束框架变形、不改变框架结构的延性破坏模式、不造成框架结构延性变差的良好性能;填缝后,阻尼砌体填充墙框架结构的初始抗侧刚度明显提高,位移延性系数在6.0以上,极限层间位移角在1/40以上,可以满足结构在大震下的弹塑性变形要求。     

砌体填充墙RC框架结构平面内抗震性能有限元模拟

砌体填充墙RC框架结构是我国建筑结构中普遍采用的结构形式,历次地震震害表明填充墙的刚度效应和约束效应改变了主体结构的传力机理,导致整体结构的严重破坏。为了分析其砌体填充墙RC框架侧向承载力和刚度,研究砌体填充墙与RC框架之间的相互协同工作机理和砌体填充墙的开裂模式以及砂浆层的滑移,该文利用三维实体单元和基于表面的粘性接触面模型和摩擦原理,建立一种能够较好地模拟其平面内抗震性能的分离式有限元模型。对一个已有试验分别建立普通有限元模型和分离式有限元模型,二者的分析结果与试验结果的对比表明,分离式有限元模拟方法可以更加准确地预测砌体填充墙RC框架结构的侧向承载力和刚度,并且可以有效地模拟出砌体填充墙的开裂模式,通过塑性应变可以判断出RC构件的失效。     

多层砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

为了研究砌体填充墙沿框架层不连续布置对框架结构抗震性能的影响,进行了3榀两层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀单层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀两层单跨框架结构模型和1榀单层单跨框架结构模型的对比试验,分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等抗震性能指标。结果表明：无论是单层单跨还是两层单跨的砌体填充墙框架结构,其水平峰值荷载和初始刚度比相应的纯框架结构均有较大幅度的提高,且其刚度退化程度比相应纯框架结构要缓慢;砌体填充墙的存在提高了框架结构的抗侧刚度和水平峰值荷载,使框架结构的变形由剪切型逐渐转变为弯剪型;砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,填充墙框架的位移延性和累积耗能能力明显优于框架;砌体填充墙沿框架层不连续布置会引起框架结构层间侧移刚度和层间受剪承载力发生突变,影响框架结构的破坏形态,但由于砌体填充墙参与了框架结构的滞回耗能,故其仍具有较好的抗震性能。     

内嵌CCA板填充墙对钢框架结构受力性能的影响

为了研究蒸压无石棉纤维素纤维水泥板(CCA板)填充墙对钢框架结构受力性能的影响,对纯框架和带CCA板填充墙钢框架进行了低周往复加载试验,并利用有限元软件ABAQUS进行了模拟分析。根据试验及有限元模拟结果对带CCA板填充墙钢框架的承载能力、抗侧刚度和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明:在低周往复荷载作用下,CCA板填充墙提高了钢框架结构的承载能力、抗侧刚度;CCA板填充墙参与了钢框架结构的滞回耗能,带CCA板填充墙钢框架的累积耗能能力明显优于纯框架;与纯框架相比,带CCA板填充墙钢框架的初始刚度有所提高;当位移角达到某一限值时,CCA板填充墙的损坏会引起钢框架结构的刚度发生突变,钢框架结构非弹性设计不应考虑CCA板填充墙对钢框架结构刚度的提高作用;所得结论可为带CCA板填充墙钢框架的工程应用提供参考。     

Investigation on the behavior of brick-infilled steel frames with openings, experimental and analytical approaches

This article deals with an experimental program to investigate the in-plane seismic behavior of steel frames with clay brick masonry infills having openings. Six large-scale, single-story, single-bay frame specimens were tested under in-plane cyclic loading applied at roof level. The infill panel specimens included masonry infills having central openings of various dimensions. The experimental results indicate that infill panels with and without openings can improve the seismic performance of steel frames and the amount of cumulative dissipated energy of the infill panels with openings, at ultimate state are almost identical. Furthermore, contrary to the literature, the results indicate that infilled frames with openings are not always more ductile than the ones with solid infill. It seems that the ductility of such frames depends on the failure mode of infill piers. This experimental investigation shows that infilled frames with openings experienced pier diagonal tension or toe crushing failure and have smaller ductility factors than those frames with solid infill. Furthermore, a simple analytical method is proposed to estimate the maximum shear capacity of masonry infilled steel frames with window and door openings.     

Analytical estimation of lateral resistance of low‐shear strength masonry infilled reinforced concrete frames with openings

Presence of openings in an infill wall alters its behavior and reduces load resistance and stiffness of the infilled frame. In this paper, a simple method for estimating the lateral resistance of infilled frames with openings is proposed based on experimental data. Six half‐scale, single‐story single‐bay reinforced concrete frame specimens were tested under in‐plane lateral loading. The lateral strength of reinforced concrete (RC) frame could be estimated by assuming the formation of plastic hinges in the end regions of the members. In the specimens with central openings, the major load resistance mechanism of the infill panel was the formation of a compression strut and lateral strength of infill panel could be considered as the smallest values of the diagonal tension and corner crushing modes. In the specimens with eccentric openings, the load resistance mechanism of masonry infill was the formation of a compression strut and bed‐joint sliding in 2 opposite loading directions; thus, the lateral resistance of infill panel could be estimated in diagonal tension and corner crushing modes in one direction and bed‐joint sliding mode in another direction. Furthermore, the deformation capacity and structural performance levels are suggested for solid and perforated infill panels based on test observations.     

带填充墙钢框架结构抗侧力性能试验及理论研究

介绍了7榀钢框架及带填充墙钢框架结构的水平静力及低周反复加载试验。通过测试有墙和无墙钢框架试验模型在侧向力作用下的变形全过程,得到了墙体对钢框架结构强度和刚度的影响,了解了节点的破坏特征及墙体本身的工作性能,得到了有墙及无墙钢框架结构的滞回性能。试验中发现,填充墙体和钢框架之间的连接性能很好,墙体和框架可以共同工作。通过参数分析,给出了结构抗震弹性层间角位移的建议取值为1/350。在理论分析的基础上,提出了填充墙框架体系抗侧刚度简化公式,得到了试验结果的验证。     

小开洞砌体墙抗震性能研究

为研究小开洞砌体墙的抗震性能,设计了3片小开洞砌体墙试件和1片无洞口砌体墙试件,并进行了低周往复加载试验;介绍了砌体墙试件的主要破坏过程及破坏机理,对比分析了各片砌体墙承载力、抗侧刚度及延性等抗震性能差异;基于试验建立有限元模型,研究了开洞率及洞口位置对砌体墙抗震性能的影响。结果表明：小开洞砌体墙破坏机理较实体墙发生了显著改变,无洞口墙表现为明显的转动破坏特征,小开洞墙主要表现为典型的脆性剪切破坏;开单个小洞口会削弱砌体墙的水平承载力和抗侧刚度,大幅降低墙体的延性;增加洞口数量或高度可适当提高小开洞砌体墙的抗震性能;随着开洞率的增大,墙体承载力和初始刚度逐渐下降,延性性能表现为先降低后提高的趋势;竖直方向上,洞口越往下,墙体抗震性能越差,水平方向上,洞口宜居中布置。     

不同连接方式砌体填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

填充墙的构造形式对框架结构的抗震性能影响较大。试验设计了7榀足尺的单层单跨钢筋混凝土框架,其中6榀为带加气混凝土砌块填充墙框架,1榀为空框架,对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。填充墙与框架的连接方式采用柔性连接和刚性连接两种。柔性连接填充墙的变化参数主要包括构造柱的构造形式和数量、框架柱中拉结筋的设置与否和填充墙上设置竖向缝的数量。分析了不同填充墙构造形式框架的破坏特征、荷载 位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力。结果表明：柔性连接填充墙框架的抗震性能介于刚性连接填充墙框架和空框架之间;对于柔性连接填充墙框架,填充墙的构造措施对框架结构的抗震性能有一定的影响,但影响不大。     

钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性能分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用下的受力特点,结合汶川地震,分析了填充墙框架结构产生震害的主要原因。建立了填充墙简化分析的等效双压杆模型。着重研究了地震荷载作用下,填充墙对框架性能的影响。结果表明,砌体填充墙对提高结构的抗侧刚度和强度有一定的作用,改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平。同时也表明,砌体填充墙在地震作用时有一定的耗能能力。     

预制装配式钢筋混凝土一体化剪力墙抗震性能研究及构造方案优化

针对预制装配式剪力墙结构,提出了内置空心管的混凝土填充墙与实体剪力墙墙肢一同浇筑生产、安装施工的预制一体化剪力墙结构。通过5个外形尺寸、墙肢和连梁配筋相同的混凝土双肢剪力墙的拟静力试验,探究了无填充、砌块砌体填充和一体化整体填充的剪力墙抗震性能,总结了这三类墙体的破坏形态、受力特点、承载与变形能力、刚度、延性和耗能能力的特点。试验结果表明：预制一体化剪力墙在水平往复荷载作用下发生弯剪破坏,相比于无填充墙试件和砌体填充试件,其抗侧刚度和受剪承载力有明显提高,同时具有良好的抗震性能。最后,基于OpenSEES平台对拟静力试验结果进行了有限元验证,得到了吻合程度较好的滞回曲线、骨架曲线及墙肢纵筋应变;根据试验结果与有限元分析,提出了预制一体化混凝土剪力墙结构合理的填充墙构造方案。