钢连梁-钢板混凝土组合剪力墙组合件抗震性能试验研究

为进一步提高联肢剪力墙结构的抗震性能,提出了一种改进型钢连梁-钢板混凝土组合剪力墙混合结构。通过对5个1/2缩尺连梁-墙肢组合件的低周往复加载试验,研究了钢连梁跨高比和加劲肋布置等因素对组合件抗震性能的影响。研究表明：组合件塑性变形均集中在易更换的钢连梁上,墙肢和节点部位损伤程度较低,有利于实现结构罕遇地震作用后的功能快速恢复;小跨高比（小于2）钢连梁发生整体的剪切屈服型破坏,可以更充分发挥连梁的整体塑性变形能力,具有比弯曲破坏型组合件更优越的抗震性能;所有组合件均具有优异的变形能力和稳定的滞回耗能性能;1/10位移角下,组合件承载力最大衰减量小于10%;加劲肋间距减小,可延缓钢连梁腹板和翼缘的压曲,提高组合件承载力和滞回耗能能力。     

双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙的抗震性能,进行了2层半单跨1/3缩尺试件的低周反复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙滞回曲线饱满,耗能能力强,延性好,水平刚度较大;循环荷载作用下,连梁腹板首先屈服进入塑形,接着连梁两端翼缘、柱脚和剪力墙底部进入塑性;第2层连梁两端翼缘拉断,导致试件失效;剪力墙的线刚度远高于连梁的线刚度,水平荷载作用下连梁两端弯矩大,为结构的薄弱部位;为避免剪力墙自由边底部与梁连接部位发生破坏,在自由边处应设置边柱加强;试件达到峰值荷载时,顶点位移角为1/50;双钢板内填混凝土短肢剪力墙试件底层变形比2层小,耗能相对2层少;弹性范围内同一水平荷载作用下,连梁腹板的剪应变最大,边柱柱脚的正应变较大,剪力墙钢板的剪应变较小。ABAQUS 有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

外包钢板-混凝土组合连梁试验研究(Ⅰ):抗震性能

对6根外包钢板-混凝土组合连梁试件进行了拟静力加载试验,试件变化参数有连梁跨高比、钢板厚度和弯剪比。连梁钢板的破坏包括连梁端部钢板的开裂和钢板的局部屈曲。试件承载力的下降主要由梁端钢板的开裂和裂口扩展引起。所有试件的连梁钢板开裂后,裂口迅速扩展,在钢板开裂或开裂后的下一级位移循环时荷载达到峰值。连梁钢板的局部屈曲分为连梁端部钢板的受压局部屈曲和钢腹板的剪切局部屈曲。局部屈曲的发生和形态主要受钢板厚度、连梁的跨高比和钢板开裂的影响。所有试件的内填混凝土均未发生明显的受压破坏。混凝土的开裂程度与裂缝分布与外部钢板的变形程度相一致。采用连梁钢腹板无对接焊缝构造试件的变形能力明显优于连梁钢腹板有对接焊缝构造试件的变形能力。所有试件的滞回曲线饱满,具有稳定的耗能能力。     

钢连梁与混凝土剪力墙内埋钢暗柱式连接节点受力性能——试验研究

为研究钢连梁与混凝土剪力墙之间采用内埋钢暗柱式连接的受力性能,按照钢暗柱长度设计两组节点试件,分别为长钢暗柱节点和短钢暗柱节点,每组分别进行单调加载和低周反复加载试验。对比长、短钢暗柱节点的刚度和承载力,并分析长、短钢暗柱两种节点的不同破坏模式,发现长钢暗柱连接节点的破坏主要由剪力墙节点域钢暗柱腹板剪切屈服而破坏,而短钢暗柱连接节点破坏主要由于剪力墙钢骨附近的水平分布钢筋屈服而无法约束钢骨刚体转动。因此,长钢暗柱连接节点可以通过增加腹板厚度和高度来提高节点承载力,而短钢暗柱连接节点的承载力可以通过增加钢连梁与混凝土墙连接区域水平分布钢筋的直径或者减小钢筋间距来提高。     

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。     

钢板混凝土组合连梁的试验研究

为了评估并提高钢板混凝土组合梁的抗震性能,对其进行了试验研究。对6个不同跨高比、钢板厚度和弯曲-抗剪能力比的组合连梁样本施加反复荷载。从梁角部的钢板断裂开始进入极限状态,并逐渐发展到钢腹板和钢翼缘的中部。断裂开始后连梁抗剪能力方面的增长有限。发现的两种局部屈曲现象为梁端的压缩局部屈曲和钢腹板的剪切屈曲。内填混凝土并无压缩失效现象,混凝土裂缝的模式与钢板变形相一致。无对接焊缝的连梁腹板和剪力墙连接试件的变形能力大于局部有对接焊缝的试件。连梁的稳定性和完整的滞回性能表明了其具有稳定的耗能能力。     

联肢弯剪型钢板剪力墙抗震性能试验研究

联肢钢板剪力墙结构是将2片钢板剪力墙通过钢连梁连接形成的抗侧力结构。通过对1榀1/3缩尺的4层联肢弯剪型钢板剪力墙试件进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力及刚度退化、耗能能力等方面研究了该结构体系的抗震性能,并且对试件的屈服顺序和变形模式进行了分析。结果表明：联肢钢板剪力墙试件的延性系数达到5.03,承载力退化系数均大于0.96,承载力和刚度退化稳定,等效黏滞阻尼系数达到0.25以上,表明联肢弯剪型钢板剪力墙具有优越的抗震性能。加载过程中,连梁先于墙板发生屈服,墙板先屈曲后屈服,此后柱脚和横梁相继屈服。连梁的引入改变了结构的屈服机制,提高了整体的延性和耗能能力,能够组成多道抗震防线,且试件整体最终也体现出合理的破坏机制。整体侧移曲线呈弯剪变形模式。该试验研究更加贴合实际工程中联肢钢板剪力墙结构的应用情况,为联肢钢板剪力墙结构的进一步研究和应用提供了试验基础。     

带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙抗震性能试验研究

为了研究带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙结构的抗震性能,对1个1∶4缩尺的5层带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙试件进行了恒定轴压力下的水平低周往复加载试验,分析试件在循环荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等,得到结构的受力特征和破坏机理。研究结果表明:剪力墙墙肢以弯曲破坏为主,钢连梁以剪切破坏为主;滞回曲线无明显的捏缩效应;试件的承载力略高于理论承载力;平均延性系数为2.39,破坏时的位移角介于1.88%～1.94%之间;结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,能够明显改善带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙的抗震性能,实现了连梁-墙肢双重设防机制。     

混合联肢部分外包组合剪力墙抗震性能试验研究

为满足高层建筑对抗震性能及装配性能的要求,提出一种混合联肢部分外包组合剪力墙结构。通过对一榀三层对称双肢2/3缩尺试件的低周反复加载试验,观测混合联肢部分外包组合剪力墙结构在循环荷载作用下的破坏全过程,分析试件的滞回性能、承载力、延性、刚度退化、耗能能力及连梁转动能力。研究表明：混合联肢部分外包组合剪力墙结构的滞回曲线饱满而稳定,没有明显的捏缩现象,该试件正反向位移延性系数平均值达到3.65,抗震性能及协同工作能力良好;剪切型钢连梁的损伤集中在连梁腹板处,极限塑性转角达到0.05rad;由于墙肢中部区格翼缘的设置,限制墙肢底部混凝土剪切裂缝的发展,剪力墙破坏的主要形式为弯曲破坏;钢连梁及型钢部分外包组合剪力墙均表现出优良延性和耗能能力;结构极限层间侧移角达到1/45,超过罕遇地震下规范限值要求。按照整体结构屈服时耦连比为45%设计的试件,塑性铰的发展满足“强墙肢弱连梁”的规律。基于试验结果,利用有限元软件ABAQUS进行拟静力分析,与试验吻合较好。     

剪切机制耗能端板螺栓连接组合联肢剪力墙钢连梁抗震性能试验研究

将端板螺栓连接构造引入钢-混组合联肢剪力墙中,用于连接钢连梁与混凝土墙肢。设计并制作了1组(2个)小剪跨比连梁双肢组合剪力墙试件,分别采用端板螺栓连接和传统直插式的连梁-墙肢连接构造形式,进行低周往复加载试验,以研究两种连接构造形式下钢连梁与混凝土墙肢连接试件的滞回性能、刚度与承载力退化特征以及破坏模式。试验结果表明:用端板螺栓连接代替直插式连接构造,能够有效减轻钢连梁-墙体连接区域混凝土损伤程度,屈服后非线性变形主要集中在钢连梁端部,且钢连梁能够达到美国AISC 341-05规范要求的0.08 rad非线性转角限值,充分发挥滞回耗能作用,刚度、承载力退化不明显,延性好,与传统直插式钢连梁-墙肢连接具有相同甚至更好的抗震性能。     

格构柱式双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究新型格构柱式组合剪力墙的抗震性能,设计了4个格构柱式组合剪力墙试件,并对其进行拟静力试验,研究其在低周往复水平荷载作用下的破坏模式和滞回性能,分析轴压比对一字形和T形截面剪力墙抗震性能的影响。结果表明:剪跨比分别为2.4、2.7的一字形试件和T形截面试件的破坏模式均为压弯破坏,破坏时剪力墙底部钢板严重屈曲,混凝土压溃;随着轴压比的增大,一字形和T形截面试件钢板屈曲发展速度加快,屈曲范围增大,刚度与承载力退化加剧,耗能能力和延性降低;T形截面试件腹板侧墙体与翼缘侧墙体破坏呈不对称性,试件均在腹板侧墙体受压时发生破坏。建议设置矩形钢管或翼缘墙体作为格构柱式组合剪力墙的边缘约束构件并适当加密缀板布置。     

新型防屈曲高强钢腹板可更换钢连梁抗震性能研究

文章率先提出一种新型防屈曲高强钢腹板可更换钢连梁(简称“新型钢连梁”)：腹板采用高强钢，可提高钢连梁的屈服抗剪强度，连梁变形减小，从而减小可更换结构整体变形，便于更换；加劲肋紧贴腹板(但不焊接)提供约束，仅与上下翼缘焊接，可减少60%以上的焊接量。其次，设计并开展了11个试件的拟静力试验，研究了加劲肋间距(规范限值dmax、0.85dmax)、腹板厚度(6mm、8mm)、腹板钢材强度(Q460、Q550)和构造形式(加劲肋与腹板贴紧或焊接)等参数对新型钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明：试件均发生剪切破坏；满足加劲肋间距限值的新型钢连梁，滞回曲线饱满，峰值时腹板未发生鼓曲且极限转角均超过0.1rad，大于规范限值0.08rad，表现出良好的耗能和变形能力；缩小加劲肋间距、增加腹板厚度或提高腹板钢材强度，新型钢连梁刚度及承载力提高；新型钢连梁峰值承载力较传统构造试件低约5%。最后，基于试验结果建立了有限元模型并开展了分析，研究结果表明：对腹板采用Q460、Q550高强钢材的新型钢连梁，峰值承载力计算时超强系数建议取1.43(长度比为0.5～1.0)或1.39(长度比为1.0～1.6)、1.25，以期为实际工程设计提供依据。     

扩大十字形截面型钢混凝土柱-SRC梁节点抗震承载力试验研究

提出了内置扩大正、斜向十字形截面型钢混凝土柱-工字钢型钢混凝土（SRC）梁节点的构造方式。通过对4个内置扩大正十字形和斜向十字形截面的型钢混凝土柱-SRC梁节点试件和1个内置普通十字形截面型钢混凝土柱-SRC梁节点试件的低周反复荷载试验,研究了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、剪切变形和钢材应变,分析了配钢形式、加载角度和构造措施（直接焊接、竖向隔板连接）对节点受力性能的影响,并在此基础上对节点核心区受剪承载力进行了计算。试验结果表明：上述两种新型截面型钢混凝土梁柱节点均发生节点区剪切破坏,达到极限状态时,节点区箍筋及型钢腹板应力均达到屈服强度,试件型钢及翼缘框内混凝土仍能承担较大荷载,并趋于稳定;新型SRC梁柱节点核心区剪力-剪切角滞回曲线饱满,无捏缩现象,其受剪承载力比相同破坏模式的普通型钢混凝土梁柱节点试件大;柱内采用斜向布置十字型钢以及梁柱正交时,节点试件的剪切承载力更大,所提出的两种构造措施对节点承载能力影响不大。     

Experimental study on seismic behavior of steel column and steel plate RC composite wall coupled structure

钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构体系是由钢板混凝土组合剪力墙及其两侧的钢柱通过钢连梁连接而成。该体系能够拓展“连梁-墙肢”耦合体系的应用范围，两侧钢柱“拉-压”力偶参与承担倾覆力矩，使得单肢墙体亦能获得双重抗震设防机制的保护。为研究钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构体系的双重抗震机制，设计并制作一个耦连比0.45、缩尺比1/4的5层钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构试件，对其进行低周往复加载试验，从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、损伤特征等方面研究了该结构的抗震性能。基于ABAQUS有限元分析软件，对试验进行模拟。试验与分析结果表明：钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构的顶层钢连梁及墙体分别在顶层侧向位移为21、65 mm时达到屈服状态，当顶层侧向位移为102 mm时，墙体底部形成塑性铰耗能，钢柱与钢板混凝土组合剪力墙达到预定的屈服顺序和破坏模式，实现了钢连梁 单肢剪力墙的双重抗震防线，发挥了联肢剪力墙的耦合机制。     

剪切屈服型新型混合联肢墙足尺节点抗震性能试验研究

为研究含型钢边缘构件新型混合联肢墙体系节点的破坏特征和抗震性能,进行3个剪切屈服型连梁的混合联肢墙足尺节点的低周往复加载试验。观察节点的受力过程及破坏形态,并对试件的破坏机理、滞回性能、承载能力、耗能能力、变形组成、节点区设置面承载板以及连梁跨高比的影响进行分析。试验结果表明:新型混合联肢墙节点滞回曲线呈纺锤形,通过合理设置加劲肋,能够较好地限制局部屈曲,使其剪切屈服耗能,具有良好的抗震性能;节点等效黏滞阻尼系数在0.33以上,延性系数在4.75以上,类似于偏心支撑钢框架耗能梁段的性能;面承载板的设置对节点受力性能影响不大;钢连梁在跨高比1.7到4.3之间时都具有优良的抗震性能,能较好地解决混凝土连梁配筋困难、小跨高比连梁延性不足的问题。成果可供混合联肢墙体系的工程设计参考。     

钢连梁与混凝土剪力墙钢暗柱式连接节点的承载力理论模型

用钢连梁代替混凝土连梁用于混凝土联肢剪力墙,可大大改善联肢墙结构的延性和耗能性能,提高结构抗震能力,但前提是须保证钢连梁与混凝土剪力墙连接节点的可靠性。钢暗柱式墙梁连接节点具有承载力大、刚度大以及能提高剪力墙自身延性等优点。针对内埋钢暗柱式节点形式,基于前期试验数据和正交试验有限元模拟结果,重点研究了此种节点的受力机理以及破坏模式,提炼出关键参数和设计原则,随后建立了这种节点极限承载力的理论模型与计算公式。分析表明,内埋钢暗柱梁墙节点极限承载力主要由3个部分贡献:受拉区钢筋拉力或者钢暗柱截面抗剪强度、钢暗柱埋深部分混凝土压力以及钢暗柱节点域抗剪强度。其中钢暗柱节点域抗剪强度同样由3部分组成:钢暗柱腹板机构、内部混凝土斜压杆机构以及外部桁架机构。通过与试验及精细有限元模型结果进行对比,证明了提出的理论模型简便易行且具有较高精度,所做研究为这种新型节点在工程中的应用提供了简便的设计方法。     

钢骨混凝土连梁联肢剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

国内已有部分超高层建筑结构采用钢骨混凝土连梁联肢剪力墙,但现行规范尚未对其钢骨含钢率等控制参数给予明确规定。为此,对不同含钢率的钢骨混凝土连梁联肢剪力墙进行了低周反复荷载试验研究、ABAQUS有限元模拟以及变参数分析。分析结果表明：钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件的破坏模式、水平承载力、变形能力和耗能能力明显优于钢筋混凝土连梁联肢剪力墙;由ABAQUS参数分析结果可知,钢骨含钢率应控制在4%~8%之间,且宜增加连梁钢骨腹板的面积。     

波纹钢板组合框架节点抗震性能试验研究

基于波纹钢-钢管混凝土组合柱与U形外包波纹钢-混凝土组合梁，以“强节点弱构件”的设计原则提出了一种施工便捷、传力明确的节点连接方式。对中节点试件进行了低周往复加载下的拟静力试验，分析了节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性、梁端塑性铰区以及节点核心区关键部位钢材的应变变化，通过有限元软件对节点进行模拟，并与试验进行对比发现二者吻合较好。研究表明：试件最终破坏的位置为梁端理想塑性铰区，节点核心区域未发生明显破坏，实现了塑性铰的外移；试件滞回曲线饱满，等效黏滞阻尼系数为0.206,延性系数为3.67,说明试件具有较好的耗能能力以及延性。节点域钢材各位置应变分布均匀，传力效果良好，节点核心区未屈服，梁下翼缘塑性铰区应变达到屈服应变，节点工作性能良好，能有效传递弯矩以及剪力。     

钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构抗震性能试验研究

钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构体系是由钢板混凝土组合剪力墙及其两侧的钢柱通过钢连梁连接而成。该体系能够拓展“连梁-墙肢”耦合体系的应用范围,两侧钢柱“拉-压”力偶参与承担倾覆力矩,使得单肢墙体亦能获得双重抗震设防机制的保护。为研究钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构体系的双重抗震机制,设计并制作一个耦连比0.45、缩尺比1/4的5层钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构试件,对其进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、损伤特征等方面研究了该结构的抗震性能。基于ABAQUS有限元分析软件,对试验进行模拟。试验与分析结果表明：钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构的顶层钢连梁及墙体分别在顶层侧向位移为21、65 mm时达到屈服状态,当顶层侧向位移为102 mm时,墙体底部形成塑性铰耗能,钢柱与钢板混凝土组合剪力墙达到预定的屈服顺序和破坏模式,实现了钢连梁 单肢剪力墙的双重抗震防线,发挥了联肢剪力墙的耦合机制。     

小跨高比钢板-混凝土组合连梁抗震性能试验研究

通过7个小跨高比钢板 混凝土组合连梁试件的拟静力试验,研究了连梁跨高比、钢板配钢率以及楼板等因素对其抗震性能的影响,分析了连梁的破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等。结果表明：相比于不考虑楼板小跨高比PRC连梁,考虑楼板小跨高比PRC连梁增大了连梁的开裂位移,显著提高了连梁的受剪承载力和耗能能力,考虑楼板连梁试件相比于不考虑楼板连梁试件受剪承载力提高了18.03%,破坏时对应的累积耗能是后者的1.66倍;连梁钢板的破坏包括梁墙交界区钢板的开裂和钢板的局部屈曲,钢板的局部屈曲可分为钢板边缘发生的受压局部屈曲和钢腹板的剪切局部屈曲;小跨高比PRC连梁试件的剪压比实测值为0.20~0.30,相应的剪压比设计值为0.39~0.59,内嵌钢板显著提高了小跨高比连梁的剪压比限值。