全加劲带缝钢板剪力墙滞回性能分析

针对高层建筑中抗侧性能的影响,应用有限元软件ANSYS9.0研究了全加劲带缝钢板剪力墙在反复荷载作用下的滞回性能,系统地分析了剪力墙厚度t、缝间竖柱宽厚比b/t和高宽比h/b、剪力墙宽度B对剪力墙抗侧性能的影响,探讨了弹性抗侧刚度和抗剪极限承载力的计算方法,得出了各尺寸参数合理的取值范围.相关数据可供工程设计参考.     

全加劲带缝钢板剪力墙弹塑性性能分析

本文针对高层建筑中抗侧性能的影响。应用有限元软件ANSYS9．0分析全加劲带缝钢板剪力墙的弹性、弹塑性和延性,系统地分析了剪力墙厚度t、缝间竖柱宽厚比b/t和高宽比h/b、剪力墙宽度B及加劲肋宽厚比对剪力墙抗侧性能的影响,探讨了弹性抗侧刚度和抗剪极限承载力的计算方法,得到了各尺寸参数合理的取值范围。相关数据对工程设计有一定的参考价值。     

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。     

带缝钢板剪力墙受力性能分析

选择9种单榀单跨带缝钢板剪力墙结构单元在水平正弦周期往复荷载作用下进行受力性能分析,总结开缝设计参数比h/b、h/H、hm/hd对带缝钢板剪力墙受力性能的影响,并选出参数比h/b、h/H、hm/hd下的最佳比值。结果表明：h/b=5时的带缝钢板剪力墙结构单元的侧移刚度、承载能力大,抗侧能力强,滞回性能好,耗能能力强;当h/b=5一定时,h/H=0.29的带缝钢板剪力墙结构单元的承载能力大,滞回性能好,耗能能力强;当其他开缝设计参数一定时,hm/hd=1.67时的带缝钢板剪力墙结构单元的延性大,滞回性能好,耗能能力强。     

蝴蝶形钢板墙抗震性能研究

为更加充分利用钢材屈服耗能,同时降低带缝钢板墙在开缝端部应力集中以及受力不利因素等引起的低周疲劳影响,提出一种新型蝴蝶形钢板墙作为耗能构件,并为整体结构提供一定的抗侧刚度。通过简化假定建立钢板墙初始水平刚度并利用Abaqus有限元软件验证了初始理论公式的合理性。以蝴蝶杆高厚比和蝴蝶杆宽厚比作为主要参数,进行了滞回性能的分析。研究结果表明:随着蝴蝴蝶杆高厚比的减小,承载力和弹性初始刚度都有所增加,钢板墙的滞回曲线趋向饱满,耗能性能逐渐增强;宽厚比减小时,承载力和弹性刚度都有不同程度的减小,等效黏滞阻尼比较大,耗能性能增加;当宽厚比为150/8时,钢板墙基本满足在2%弹塑性层间位移角限制前充分耗能,2%以后捏缩耗能,并且捏缩后承载力降低,有效减少对框架梁的作用,从而保护主体框架,此外,研究也表明初始缺陷幅值较小时,承载力所受的影响也较小。     

防屈曲蝴蝶形钢板墙抗震性能有限元分析

提出了一种利用槽钢整体屈曲约束的两边连接防屈曲蝴蝶形钢板墙,该墙体为主体结构提供一定抗侧刚度的同时也优化了结构的耗能性能。介绍了该新型防屈曲蝴蝶形钢板墙的构造和工作原理。采用有限元软件ABAQUS对该结构进行低周往复加载,对比理论分析验证了模拟的可靠性,进而系统地分析了屈曲约束蝴蝶形钢板墙滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性和耗能性能,并且对比了施加不同屈曲约束方式的钢板墙的滞回性能。结果表明：防屈曲蝴蝶形钢板墙能够有效提高蝴蝶板的整体稳定性、延性和耗能性能;当蝴蝶带参数宽厚比(b/t)、蝴蝶带高度与钢板墙高度比(L/h)减小时,初始弹性刚度和承载力不断增加,滞回曲线趋于饱满,耗能能力逐渐增强。     

往复加载下十字加劲波纹钢板剪力墙的滞回性能分析

作为抗侧体系,波纹钢板剪力墙结构是一种通过利用内嵌钢板墙形成用来增强性能的钢板剪力墙结构体系。波纹钢板剪力墙与平钢板剪力墙相比,其侧向刚度、承载能力及耗能能力均更优秀,但在加载后期,其平面外变形过大,应力分布不均匀,导致结构承载力和刚度严重退化。为有效缓解上述缺陷,提出一种十字加劲波纹钢板剪力墙结构,十字加劲肋的存在,可以有效约束内嵌波纹钢板的平面外变形,在加载中后期,结构滞回环饱满,耗能能力较无十字加劲波纹钢板更加优秀,并有效减缓了波纹钢板剪力墙出现的承载力和刚度退化明显的现象。利用ABAQUS软件,通过改变波纹板厚度和加劲肋宽度两个参数进行有限元模拟分析,最终经过对比分析,发现波纹板厚度对结构有明显作用,而加劲肋宽度则影响较小,同时给出建议,当波纹板厚度取值为1.8～2.0 mm,即对应的柱墙刚度比为22.34～24.83,十字加劲肋宽度取值为40～60 mm,即对应的肋板刚度比为0.28～0.93时,这样的波纹钢板剪力墙结构性能相对更好。     

带缝钢板剪力墙弹性稳定性分析

介绍一种新型的抗侧力构件——带缝钢板剪力墙,利用有限元软件ANSYS模拟分析各种参数对剪力墙弹性屈曲荷载的影响,并在此基础上通过数学回归分析得出带缝钢板剪力墙的弹性屈曲荷载计算公式。分析结果表明:剪力墙宽高比B/H、剪力墙的高厚比H/t、缝与剪力墙高度比h/H是影响剪力墙弹性屈曲荷载的重要参数;拟合公式与有限元分析结果非常吻合,可以满足工程精度的需要。     

带缝钢板剪力墙性能研究

介绍自由侧边时带缝钢板剪力墙初始抗侧刚度的推导过程和理论根据,提出了缝宽剪切刚度减小系数,并对墙板进入塑性后的刚度退化进行理论探讨;对带缝钢板剪力墙平面外失稳和抗剪极限承载力这两种极限状态进行分析;通过有限元分析,指出竖向荷载、开缝参数等对四边固定带缝钢板剪力墙弹性屈曲临界力的影响,提出提高带缝钢板剪力墙实际工作效率的设想。     

带缝钢板剪力墙性能研究

介绍自由侧边时带缝钢板剪力墙初始抗侧刚度的推导过程和理论根据,提出了缝宽剪切刚度减小系数,并对墙板进入塑性后的刚度退化进行理论探讨;对带缝钢板剪力墙平面外失稳和抗剪极限承载力这两种极限状态进行分析;通过有限元分析,指出竖向荷载、开缝参数等对四边固定带缝钢板剪力墙弹性屈曲临界力的影响,提出提高带缝钢板剪力墙实际工作效率的设想.     

Analysis on shear capacity and energy dissipation of corrugated steel plate shear wall with openings

为明确波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件并分析开洞对其承载力及耗能能力的影响，基于波形钢板剪切屈曲理论推导其屈曲应力计算式，并采用数值分析及变形等级划分方法得到约束刚度比取值范围，由此提出波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件为屈曲应力大于剪切屈服应力且约束刚度比大于3。通过对比开洞模型的变形等级计算参数，验证界限条件对开洞波形钢板墙的适用性，建立有限元模型研究钢板墙高宽比、钢板厚度、开洞率、洞口高宽比及洞口位置对波形钢板墙承载力及耗能能力的影响。结果表明：钢板高宽比越小、板厚越大，开洞对其承载力及耗能能力的削弱程度越大，洞口高宽比在0.33~0.5之间时开洞波形钢板墙的承载力及耗能最大，中心开洞时的最小。基于波形钢板剪力墙全截面剪切屈服的受力机理对其受剪承载力和塑性耗能计算式进行推导，并通过拟合得到考虑洞口参数影响的开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能折减系数计算式；通过9组不开洞模型和30组不同洞口尺寸及位置的开洞模型对计算式的有效性进行验证。结果表明计算值与模拟值的误差均在15%以内，适用于满足无屈曲界限条件的开洞波形钢板剪力墙。     

开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能能力分析

为明确波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件并分析开洞对其承载力及耗能能力的影响,基于波形钢板剪切屈曲理论推导其屈曲应力计算式,并采用数值分析及变形等级划分方法得到约束刚度比取值范围,由此提出波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件为屈曲应力大于剪切屈服应力且约束刚度比大于3。通过对比开洞模型的变形等级计算参数,验证界限条件对开洞波形钢板墙的适用性,建立有限元模型研究钢板墙高宽比、钢板厚度、开洞率、洞口高宽比及洞口位置对波形钢板墙承载力及耗能能力的影响。结果表明：钢板高宽比越小、板厚越大,开洞对其承载力及耗能能力的削弱程度越大,洞口高宽比在0.33~0.5之间时开洞波形钢板墙的承载力及耗能最大,中心开洞时的最小。基于波形钢板剪力墙全截面剪切屈服的受力机理对其受剪承载力和塑性耗能计算式进行推导,并通过拟合得到考虑洞口参数影响的开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能折减系数计算式;通过9组不开洞模型和30组不同洞口尺寸及位置的开洞模型对计算式的有效性进行验证。结果表明计算值与模拟值的误差均在15%以内,适用于满足无屈曲界限条件的开洞波形钢板剪力墙。     

三边约束钢板的抗剪承载力

利用静力加载方法对4种宽厚比的三边约束钢板单元进行了试验研究,通过试验考察了三边约束钢板的破坏形态和抗剪极限承载力,分析了宽厚比对钢板抗侧性能的影响,试验结果表明:小宽厚比钢板的抗屈曲能力较强,但是对边界约束条件要求较高,易造成边界连接破坏.根据钢板破坏形态,对其抗侧性能进行了理论分析,建立了三边约束钢板的抗侧性能计算...     

Analyses on mechanical performance of innovative composite shear wall systems

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明：组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。     

十字加劲钢板剪力墙的抗剪极限承载力

我国《高层民用建筑钢结构技术规程》规定了钢板墙剪切弹性屈曲不先于剪切屈服,其明显的不足是没有利用板的屈曲后强度,同时弹性屈曲也不能作为结构在弹塑性阶段的设计指标。本文应用板的大挠度弹塑性有限元方法对十字加劲方形钢板剪力墙的屈曲后性能和极限承载力进行了系统的研究,并在大量数值分析的基础上,提出了以板的平均剪切应变相应的剪应力作为钢板剪力墙承载能力的极限状态,以达到利用薄板屈曲后强度的目的,进而提出了钢板剪力墙承载力的设计简化计算公式及钢板墙侧柱刚度阈值的计算公式,供设计参考。数值计算结果表明,影响钢板墙抗剪性能主要有三个参数:板高厚比、肋板刚度比和边柱刚度。     

钢板剪力墙抗震性能试验研究

以天津国际金融会议酒店工程为背景对钢板剪力墙的抗震性能进行试验研究。完成了3个4层1∶5缩尺比例的钢板剪力墙试件的拟静力试验。试件主要变化参数包括墙板开洞和中柱设置。试件SPSW-1墙板开洞,试件SPSW-2墙板不开洞,试件SPSW-3带有中柱,且中柱一侧墙板开洞。在钢板剪力墙的墙板上布置了槽形和一字形两种截面形式的加劲肋。试验结果表明：钢板剪力墙结构具有良好的承载力、延性和耗能能力;开洞降低了钢板剪力墙结构的刚度和承载力;中柱提高了钢板剪力墙结构的刚度和承载力;加劲肋可增强钢板剪力墙结构的刚度和稳定承载力,开洞补强效应显著。     

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。     

带PEC柱的钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为了解决薄钢板剪力墙结构中框架柱易发生破坏而失效的问题,将强度高、刚度大的PEC柱引入薄钢板剪力墙结构,作为竖向边缘构件形成PEC-SPSW结构,分别对1榀带H形钢柱、2榀带PEC柱的钢板剪力墙结构,进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究。通过分析该结构的承载力、初始刚度、耗能能力、应力分布及破坏模式,得到了带PEC柱的钢板剪力墙结构具有更好的抗侧刚度、承载力和耗能性能。PEC柱构件对薄钢板有更好的锚固约束作用,从而使得薄钢板充分发挥屈曲后强度作用,带PEC柱的钢板剪力墙结构有更好的发展前景。     

Bilinear Load–Displacement Curve of Semi-supported Steel Shear Walls

Elastic stiffness and ultimate shear capacity are two main parameters of a structural system to obtain its ideal bilinear load–displacement. In the previous studies, the ultimate shear capacity of semi-supported steel shear walls (SSSW) which are a new lateral resisting system, has been determined. In this system, wall plates do not have any direct connection to the main columns of structure and they are connected to secondary columns which do not carry the gravity loads. The used thin plate in the SSSW elastically buckles at low levels of lateral loads and the wall plate stays on a fairly vast region with elastic post-buckling behavior (elastic stiffness). In this study, the Von-Karman plate equations are solved by the Galerkin method to find displacement field of the wall plate in the elastic post-buckling region as well as the maximum shear load after which the plasticity expand in the wall plate. Thus, the elastic stiffness of system is calculated. As the analytical procedure is complicated, the method is applied on 144 examples with different material and geometrical properties. Using linear regression technique, a concise formula is proposed to predict the elastic stiffness of system. The dimensions of wall plate are only the effective parameters in the suggested formula and the elastic stiffness is independent of the overturning moment, section of secondary columns and yield stress of material. Using the ultimate shear capacity and elastic stiffness, an ideal bilinear curve is obtained for the lateral load versus the horizontal displacement. The shear capacity at the end of elastic post-buckling region and out of plane displacement are acceptably validated with those of FE analysis for some examples.