半刚接框架-无黏结十字加劲钢板剪力墙非线性有限元分析

半刚性框架-无黏结十字加劲钢板剪力墙具有较高的抗侧刚度、承载力等抗侧性能。为深入研究该结构体系的力学性能,利用有限元分析软件ABAQUS以经过验证的模型为基础对结构进行数值分析,并考察框架柱轴压比、内嵌钢板高厚比、肋板刚度比、框架柱刚度、内嵌钢板初始几何缺陷及加劲槽钢布置方式等对结构抗剪性能的影响。     

三类钢板剪力墙结构试验研究

防屈曲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧耗能构件,但墙板嵌入受弯框架时,二者之间的相互作用尚需进一步研究。为此进行了两层单跨钢框架内嵌防屈曲钢板剪力墙的试验研究,作为比较同时进行了两层单跨钢框架内嵌非加劲钢板剪力墙与两层单跨钢框架内嵌组合钢板剪力墙结构的试验研究。在试验的基础上,对试件进行有限元分析,比较了三类钢板剪力墙之间的性能差异。研究表明,防屈曲钢板剪力墙能够消除无加劲钢板剪力墙在水平荷载下产生的巨大屈曲噪声,具有较大的初始刚度与承载力,拥有良好的延性与滞回耗能性能,而且由于其屈服先于屈曲发生,对周边框架产生的附加弯矩很小;组合钢板剪力墙的性能与防屈曲钢板剪力墙相似,但由于后期外包的混凝土发生脱离,内嵌钢板剪力墙会产生拉力带,不仅对框架产生不利影响,而且自身承载力、刚度与耗能能力均有不同程度的退化。图32表1参12     

无粘结十字加劲钢板剪力墙结构抗剪性能分析

十字加劲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧力耗能构件,但加劲构件与内嵌钢板无粘结时,其对内嵌钢板的作用尚需进一步研究。利用有限元分析软件ABAQUS,对单层单跨无粘结十字加劲钢板剪力墙结构的抗剪性能进行数值模拟,分析在水平荷载作用下,构件的受力破坏特征及抗剪性能。研究表明,无粘结十字加劲钢板剪力墙结构具有良好的延性及抗剪性能,内嵌钢板能承担更多的剪力,对周边框架不利作用的降低幅度与传统十字加劲钢板剪力墙基本相同。参数分析结果表明:框架柱轴压比、墙体高厚比和肋板刚度比是影响钢板剪力墙抗剪性能的主要因素。     

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。     

改进钢板-混凝土组合剪力墙结构受力性能分析

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。     

钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系在装配式钢结构住宅中的应用

首钢二通厂南区棚改定向安置房项目1#住宅楼(24层)采用钢框架(钢管混凝土柱+H型钢梁)+防屈曲钢板剪力墙装配式钢结构体系,选择的结构抗侧力构件分别为防屈曲钢板剪力墙、中心支撑以及组合钢板剪力墙的结构体系,并对其进行了计算分析,对比了不同结构体系的关键技术指标.同时通过有限元模型研究了与防屈曲钢板剪力墙相连梁的刚度变化对钢板剪力墙受力性能的影响,针对防屈曲钢板剪力墙对钢梁的局部作用提出了加强措施.结果 表明:与其他结构体系相比,钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系结构布置更加灵活,材料成本更低,并且防屈曲钢板剪力墙的布置对结构的抗扭转更有利;实际工程中防屈曲钢板剪力墙按照规范设计能够满足承载力和安全性的设计要求;设置局部加劲肋和加强框架梁腹板厚度能够延缓钢梁的应力增大,减小钢板剪力墙对钢梁局部的影响.     

四角连接钢板剪力墙的力学性能研究

基于ABAQUS的非线性有限元分析,对四角连接钢板剪力墙的受力性能进行了研究。通过模拟分析其边框柱的最小抗弯刚度,结果表明:四角钢板剪力墙能有效改善内嵌钢板的抗侧力性能、降低对边框柱抗弯刚度的要求,且具有"强节点,弱构件"的优良性能。分析考虑四角连接钢板剪力墙的受力特点,再基于简化的等效斜支撑模型,对其极限承载力进行了理论推导,可供工程实际应用。     

槽钢加劲钢板剪力墙受力性能研究

竖向槽钢加劲钢板剪力墙由内嵌钢板、边缘构件和墙板两侧对称布置的竖向槽钢加劲肋组成。槽钢加劲肋具有较高的抗弯、抗扭刚度,可为墙板提供有效的面外约束和轴向支撑作用。利用有限元分析软件ABAQUS对槽钢加劲钢板墙进行屈曲分析和静力弹塑性分析,研究槽钢距边缘构件距离、钢板宽厚比、高厚比、肋板刚度比和柱刚度对钢板墙及边缘构件力学性能的影响。结果表明,槽钢加劲肋至边缘构件的距离主要影响钢板墙的平面外变形,对钢板墙屈曲应力和承载力的影响较小。槽钢加劲肋可以有效提高墙板的屈曲应力。随着宽厚比和高宽比的减小,结构的承载力和刚度均显著提高。增大肋板刚度比可提高钢板墙的初始刚度和屈曲应力,肋板刚度比应大于20。为避免边框柱变形过大或过早破坏,边框柱应具有足够的刚度,增大柱刚度可以提高钢板墙的初始刚度,减缓墙板刚度的退化。     

纯剪荷载作用下帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板墙元的抗震性能试验研究

提出了一种帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构抗侧力体系。为了研究该帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的抗震性能,剥离了钢板剪力墙结构抗侧力体系中梁柱框架刚接对体系抗侧力的贡献,从钢板剪力墙中提取出“墙元”,并保证其为纯剪受力状态,设计了5个帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙墙元试件,对其进行往复剪切荷载下的拟静力试验。结果表明：帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构承载能力稳定,位移延性系数达到7以上,极限位移角达0.03rad,塑性变形能力较强;帽型冷弯薄壁型钢可以阻断内嵌钢板斜向通长拉力带,使钢板约束覆盖区域处于平面剪切受力变形状态,从而提升结构承载力、刚度和耗能能力,充分发挥钢板的材料性能;外贴OSB装饰板材可以满足建筑功能的适用性,同时强化了整体结构的抗震性能。     

自复位钢板剪力墙结构性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。地震后通过更换钢板可使结构恢复正常使用功能。建立了自复位钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究了内填钢板和边缘框架的相互作用,以及内填钢板的厚度和跨高比对自复位钢板剪力墙强度、刚度、滞回性能及耗能能力的影响。分析结果表明,自复位钢板剪力墙的塑性变形发生在内填钢板上,边缘构件保持弹性以提供复位能力。随着钢板厚度和跨高比增大,自复位钢板剪力墙的强度、刚度、耗能能力增大,但残余变形也随之增大。自复位钢板剪力墙的复位刚度与钢板厚度无关,但随着跨高比的增大而减小。     

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。     

两侧加劲钢板深梁弹性屈曲分析

钢板深梁填充钢框架体系是一种新型的抗侧力结构体系,钢板深梁通过改变跨高比等参数不仅可以实现结构初始刚度能够在一定范围内调幅,而且使抗侧构件更容易安装或拆卸。以两侧加劲钢板深梁为研究对象,对其弹性屈曲性能进行了有限元分析,讨论不同加劲刚度对不同跨高比钢板深梁的加劲效果,并提出不同跨高比钢板深梁在加劲约束作用下的等效屈曲系数和嵌固系数。结果表明,跨高比越大,等效屈曲系数越小,实现屈曲模态转变所需加劲刚度越大,加劲效果越好。求得在屈曲模态转变点时,不同跨高比两侧加劲钢板深梁的加劲抗弯刚度比。提出对于跨高比在区间[0.5,1.0]的两侧加劲钢板深梁,嵌固系数可取1.23;对于跨高比在区间[1.0,2.0]时,嵌固系数取为1.0。分析结果为此类结构的抗侧设计提供了理论基础。     

框架-新型带缝钢板剪力墙抗震性能数值分析

蝶形和梭形两种不等高开缝形式的钢板剪力墙可以在提高墙板刚度和极限承载力的同时,保证其耗能性能不降低。本文将这两种新型带缝钢板剪力墙应用于钢框架结构中,采用数值模拟的方法对其滞回性能及耗能性能进行研究,并与内嵌传统等高开缝钢板剪力墙的框架结构进行对比分析。将壁式框架等代模型用于模拟不等高开缝钢板剪力墙受力特性,并将计算结果与ABAQUS壳单元计算结果进行对比。结果表明:相对于传统开缝钢板剪力墙而言,内嵌新型开缝钢板的框架结构的抗侧刚度和极限承载力均有显著提高,且具有良好的耗能性能;柱轴心压力对结构刚度影响不大,且对承载力的影响能控制在20%以内,对耗能性能影响不大,只是导致结构提前丧失工作能力;壁式框架等代模型可以较准确地模拟不等高开缝钢板剪力墙的受力特性。     

基于纤维单元的双钢板高强混凝土组合剪力墙抗震性能分析

双钢板高强混凝土组合剪力墙是由双层钢板内填高强混凝土构成的一种新型抗侧力构件。采用Open SEES软件,基于纤维单元建立了双钢板混凝土组合剪力墙的有限元模型,通过已有试验验证了分析结果的准确性。在此基础上,分析了轴压比、剪跨比、含钢率、边柱形式等因素对组合剪力墙抗震性能的影响。结果表明:组合剪力墙的承载力随轴压比增大略有增加,但变形能力降低;剪跨比越小,剪力墙的初始刚度和承载力越高,但变形能力下降;含钢率增大,剪力墙的承载力和变形能力都明显提高,耗能能力也增大;端柱对墙肢的约束作用比暗柱更好。     

钢板墙与防屈曲组合钢板墙的受剪性能分析

考虑几何非线性和面外初始缺陷,通过变化内嵌钢板的高厚比λ,考察了钢板墙与防屈曲组合钢板墙在水平荷载作用下的承载力、抗侧刚度和滞回性能的差异,并对比分析了两种墙体的内嵌钢板与边缘框架柱的相互作用.结果表明,随λ由大到小变化,钢板墙可分为薄钢板墙、中厚钢板墙和厚钢板墙三类;由于受到面外约束的作用,与钢板墙相比,防屈曲组合钢...     

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架参数影响分析研究

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架由梁、柱以及屈曲约束钢板剪力墙组成,具有刚度与承载力大、延性好的优点,但由于构造形式的复杂,带墙框架的力学性能影响因素较多。为此,本文利用有限元分析方法,首先对已有的内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架试件建立有限元模型,对其进行验证;然后,根据验证后的有限元模型,进行一系列参数化分析。分析发现,屈曲约束钢板剪力墙的芯板外伸端与柱的连接长度对结构的性能以及屈曲约束钢板剪力墙等效偏心支撑模型的偏心距影响较大。本文将分析结果通过数值拟合方法得到了芯板与柱连接长度跟等效支撑模型偏心距的关系式,以便于实际工程设计分析应用。     

延性剪切薄板钢支撑滞回性能的影响因素分析

延性剪切薄板(Ductile thin shear panel,简称DTSP)钢支撑是一种内置于框架中间区域的新型抗侧力构件,可避免对周边框架钢梁、钢柱的影响,震后易于修复。为研究相关设计参数对DTSP钢支撑滞回性能的影响,文中考虑了剪切钢板的高厚比、几何尺寸因素,采用ANSYS有限元程序建立了5个微观数值模型,重点分析相关设计参数对其水平承载力、滞回性能、抗侧刚度、耗能能力的影响。分析结果表明:在斜撑不屈曲的前提下,DTSP钢支撑的塑性发展集中于剪切钢板区域,滞回耗能由剪切钢板提供。随着剪切钢板高厚比的增加,其滞回曲线呈捏缩特征,水平承载力、抗侧刚度及耗能能力略呈降低趋势。增加内填钢板的几何尺寸,DTSP钢支撑的水平承载力、抗侧刚度略呈增大趋势,等效黏滞阻尼比略有降低。     

基于等效拉杆模型的薄钢板剪力墙结构滞回性能分析

为了系统研究多层薄钢板剪力墙(SPSW)结构的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了在低周往复荷载作用下内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢梁刚度、钢柱刚度、柱中轴力等参数对SPSW结构滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响.结果表明:等效拉杆模型可以较好地模拟薄钢板剪力墙结构的滞回性能,内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢柱刚度对SPSW结构的抗震性能影响较大,钢梁刚度及柱中轴力对SPSW结构的抗震性能影响较小,但柱中轴力较大时,会导致结构过早失效.     

波纹钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型钢板墙-波纹钢板剪力墙。设计了两个不同形式的波纹钢板剪力墙试件,采用低周往复加载试验,分析二者的破坏形式,对滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度及耗能性能等性能进行了系统的研究。研究表明：两种波纹钢板剪力墙均具有较高的极限承载力及初始刚度;屈曲承载力较高,屈服位移较小,能够较快地进入塑性耗能;滞回曲线较为饱满,不易发生捏缩现象。与横向波纹钢板剪力墙相比,竖向波纹钢板剪力墙的滞回性能及屈服后承载力更加出色。结果表明,在合理的参数设计下,所提出的波纹钢板剪力墙承载力高、耗能性能较强,是一种极具前景的新型抗侧力构件及耗能构件。     

北京冬季奥运村人才公租房项目结构抗震性能分析

为研究采用钢框架-防屈曲钢板墙结构的北京冬季奥运村人才公租房项目的 抗震性能,建立了反映两边连接防屈曲钢板墙受力特点的简化模型——等效交叉支撑模型,介绍了等效交叉支撑模型中初始刚度、单根支撑的等效截面面积、支撑屈服强度等关键参数的计算方法.选取典型户型结构,建立钢框架-防屈曲钢板墙结构整体精细化有限元计算模型,研究该双重抗侧力体系的变形特点、构件失效顺序、塑性发展模式、内力分配关系以及结构刚度退化过程;对防屈曲钢板墙在结构中的消能减震能力进行评价.通过该类结构抗震性能的研究分析表明,结构满足"大震不倒"的抗震设防目标.