高层结构剪力墙最优刚度的数学模型法——兼论科研中的唯物辩证法

<正> 一、问题的提出及其确定框架—剪力墙高层建筑最优刚度数学模型的建立1、问题的提出随着高层建筑设计理论的发展,如何合理地确定框架—剪力墙结构中的剪力墙刚度一直是国内外学者研究的课题。国内一直是采用先凭设计经验设量后验算的方法,这样需经过反复繁冗的计算才能达到目的。且设计方案的优劣很大程度上取决于设计者的技能;有的学者也提出了确定剪力墙合理数量的方法,但没有涉及到剪力墙数量不同对地震作用大小的影响,再加上传统设计方法的局限性,这样得到的所需剪力墙数量往往不是省的,在国外,日     

框-剪结构在地震荷载作用下的优化设计

通过对框架-剪力墙结构的受力分析,探讨了剪力墙刚度与地震荷载之间的关系,指出了确定剪力墙合理数量的方法,同时提出了剪力墙的合理布置方案,以满足房屋的使用和变形要求。     

框架剪力墙结构设计中的问题

针对高层建筑结构设计采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,介绍钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计中的若干问题的处理方法,重点讨论剪力墙数量的确定及混凝土框架-剪力墙结构的地震反应分析。     

框—剪结构抗震剪力墙数量的确定

剪力墙是框—剪结构的关键性抗震构件,本文根据顶点位移的限值推导出框—剪结构抗震剪力墙数量的简化确定方法,可供工程设计时参考。     

地震区框架-剪力墙结构最优剪力墙数量的研究

本文从沿高变刚度框剪结构协同分析的连续 离散化分析原理出发 ,提出了确定地震区沿高变刚度框剪结构剪力墙最优数量的简化计算方法。首次提出了采用竖向构件分类的方法确定最优剪力墙数量。本文方法具有较高的精度 ,可用于结构的初步设计阶段     

确定地震区高层框剪体系剪力墙合理数量的简化方法

在地震区高层建筑中,采用钢筋混凝土框剪结构体系,既可获得较大使用空间,又具有良好的抗震能力。在其初步设计或施工图阶段,无论采用手算还是电算分析内力和位移,都需要先确定合适的梁柱截面和剪力墙数量。经验证明,为满足水平地震荷载作用下侧向化移的限制值,增加剪力墙数量是十分有效的。但是,如果剪力墙过多,会加大地震荷载值。所以,采用简捷方法来确定     

地震区高层建筑框架—剪力墙结构体系剪力墙合理数量的确定

地震区高层建筑中．钢筋砼框架—剪力墙结构体系，既提供较大平面使用空间，又具良好的抗震能力，已被广泛用于各类建筑。当采用框架—剪力墙结构体系时，需要确定合适的梁柱截面和剪力墙数量。合理地确定剪力墙数量（剪力墙的总抗弯刚度EIw），是框—剪结构设计中一个关键问题，对此国内已有不少文献（见文献2～4）进行过讨论，并发表了许多很有见地的文章，颇受启迪。本文采用一种简便求解法来确定剪力墙的合理数量，即以《建筑抗震设计规范》GBJ11－89为依据，在层间弹性位移角限值要求基础上使剪力墙的数量最为经济，同时，使框架的侧…     

框架-剪力墙结构中剪力墙的设计

探讨了框剪结构中剪力墙的厚度、数量及长度的确定,从剪力墙的平面、竖面阐述了剪力墙的布置。     

刚度特征值对框架-剪力墙结构抗震性能的影响研究

刚度特征值是影响框架-剪力墙结构受力状态和变形特征的主要参数,本文采用有限元软件SATWE对不同刚度特征值的8个框架-剪力墙结构模型进行了分析计算,研究了在地震作用下刚度特征值对框架-剪力墙结构抗震性能的影响,并给出了确定框架-剪力墙结构合理剪力墙数量的刚度特征值建议值。     

谈框架剪力墙中剪力墙的布置

通过对框架剪力墙结构体系的简单介绍,就框架结构中剪力墙的布置原则、剪力墙数量的确定等关键问题进行了探析,并结合工程实例,运用结构自振周期复核了剪力墙布置的合理性。     

装配式剪力墙齿槽式连接受剪性能研究

为研究装配式剪力墙齿槽式连接的受剪性能,进行了8片1/2缩尺剪跨比为0.54的齿槽式连接试件单调推覆加载试验。研究了装配式剪力墙齿槽式连接的破坏模式、开裂形态、荷载-位移曲线和承载力,分析了轴压比、暗柱设置、齿槽长度等因素对装配式剪力墙齿槽式连接受剪承载力的影响。结果表明：轴压比对齿槽式连接试件的开裂模式影响较大,轴压比较大的试件,裂缝开展以对角线方向的斜裂缝为主;轴压比较小的试件,裂缝开展以齿槽接合面裂缝为主;增加轴压比和设置暗柱提高了装配式剪力墙齿槽式连接的受剪承载力,齿槽长度对装配式剪力墙齿槽式连接受剪承载力影响较小。基于现有研究成果和试验结果,提出了装配式剪力墙齿槽式连接受剪承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

FRP和TRC加固砌体墙受剪性能试验研究

砌体结构的抗震性能较差,且砌体墙作为主要承载构件易在地震中受到面内剪切作用。而加固是提高砌体墙面内受剪性能的有效方法。FRP (fiber-reinforced polymer)和TRC(textile-reinforced concrete)两种材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优势,在应用于砌体结构加固时增强效果显著。为了比较这两种材料加固砌体墙的受剪性能,采用砂浆、FRP和TRC对砌体墙进行加固,进行了加固砌体墙试件的面内受剪试验,分析不同加固方式的破坏模式、承载力、延性和耗能能力。研究表明,未加固和砂浆加固的砌体墙在破坏时有不同程度的脆性特征,采用FRP和TRC加固均可改善这一现象。在本研究试验条件下,FRP和TRC在提升峰值剪应力方面增强效果相似,但TRC加固试件在延性和耗能方面效果更好。最后,结合现有规范中的相关计算方法,计算FRP和TRC加固层的受剪承载力,并且将计算值与试验值进行对比以评估相关计算方法的合理性,结果表明相关计算方法较为保守。     

配筋砌块短肢砌体剪力墙抗剪承载力研究

建立了配筋砌块短肢砌体剪力墙抗剪承载力的理论分析模式,并在此基础上根据国内59片符合配筋砌块短肢砌体剪力墙基本要求的配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力试验数据,分别考虑了灌孔砌体强度、剪跨比、竖向压力、水平钢筋等因素对抗剪承载力的影响,给出了与试验数据吻合较好的配筋砌块短肢砌体剪力墙抗剪承载力计算公式.与GB 50003-2001《砌体结构设计规范》中配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力计算公式相比,该公式适当增大了灌孔砌体和竖向压力对抗剪承载力的影响,水平配筋利用效率系数随着水平钢筋配筋率和剪跨比的增大而减小.     

Evaluation of composite shear wall behavior under cyclic loadings

Composite steel shear walls (CSSW) are widely used in civil projects due to its high stiffness and deformability. It can be utilized by either laying a concrete layer connected to the steel plate by shear studs or bonding a Fiber Reinforced Polymer sheet. The present experimental and numerical investigations were focused on the effects of shear studs spacing variation, middle beam rigidity and the method of beam to column connection on the CSSW behavior. Results indicate that increasing the shear studs spacing reduces the slope of load-displacement curve and improves ductility up to a specific studs’ spacing. In addition, the effects of middle beam rigidity and beam to column connections are insignificant on the composite steel shear walls behavior.     

预制墙板内现浇自密实混凝土叠合剪力墙抗震性能试验研究

通过5片预制普通混凝土(NC)墙板内现浇自密实混凝土(SCC) 叠合剪力墙试件,2片预制普通混凝土墙板内现浇普通混凝土叠合剪力墙试件的低周反复荷载试验,研究在不同墙体边缘构件约束形式、轴压比以及保温层设置与否等条件下,预制墙板内现浇SCC叠合剪力墙的抗震性能,分析现浇SCC与预制墙板叠合剪力墙受力全过程,以及承载能力、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能、耗能能力等,并将现浇SCC与现浇NC两种叠合剪力墙进行对比。分析结果表明：现浇SCC与预制墙板叠合剪力墙具有较好的抗震性能;两侧预制墙板之间的桁架钢筋起着良好连接作用,使预制加现浇的叠合墙体能整体协同受力;预制墙板内现浇SCC叠合剪力墙承载力不低于预制墙板内现浇NC叠合剪力墙;两者的受力性能、破坏形态及裂缝分布基本相同,滞回曲线、耗能能力、刚度退化等指标接近;预制墙板内现浇SCC叠合剪力墙的延性好于预制墙板内现浇NC叠合剪力墙;轴压比从0.1增加到0.2,有利于改善叠合墙体承载力;与不设置边缘构件叠合剪力墙相比,边缘构件采用暗柱形式的叠合剪力墙整体工作性能增强。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。     

新型装配式中空剪力墙抗震性能研究

为检验一种新型装配式中空剪力墙的抗震性能,采用数值模拟的方法,建立了3种孔洞宽度不同的单片装配式中空剪力墙结构模型及一片装配式实心剪力墙结构模型,通过对比装配式中空剪力墙模型与实心剪力墙模型在低周往复荷载下的模拟试验结果,研究装配式中空剪力墙结构在地震作用下的抗震性能。研究结果表明,相比实心剪力墙,中空剪力墙滞回曲线的形状、饱满程度基本一致,具有较强的抗震性能;随着墙体孔洞宽度的增大,中空剪力墙的承载力与刚度下降,但下降幅度不大,这种中空剪力墙可以作为非加强层的装配式剪力墙使用。本研究对装配式剪力墙结构的发展具有一定的借鉴意义。     

带现浇混凝土填充墙的剪力墙抗震性能试验研究

为研究现浇混凝土填充外墙对剪力墙结构抗震性能的影响,完成了10个采用不同做法和不同形式填充墙的足尺墙体试件和2个无填充墙对比试件的拟静力试验。结果表明：填充墙与主体结构之间采用聚苯板条分隔做法和PVC板条分隔做法时,填充墙对主体结构的影响基本一致,均一定程度上改变了主体结构破坏过程及最终破坏形态,对于PVC板条分隔做法的试件,其破坏时的延性好于聚苯板条分隔做法的试件;填充墙增大了试件的承载能力,对于聚苯板条分隔做法的试件,其峰值荷载为无填充墙试件的1.37~3.31倍,两种做法填充墙试件的峰值荷载大小相当;填充墙减小了试件的变形能力,对于极限位移角,聚苯板条分隔做法的试件为无填充墙试件的20%~65%,PVC板条分隔做法的试件的变形能力明显大于聚苯板条分隔做法的试件;除聚苯板条分隔做法的结构洞墙试件外,其余试件的极限位移角均满足剪力墙结构抗震变形能力要求;填充墙显著增大了试件弹性及弹塑性阶段的刚度。基于试验结果,建议结构计算时合理考虑填充墙的不利影响,工程中尽量避免采用结构洞填充墙,对填充墙部位的结构构件及填充墙采取一定的加强措施。     

Experimental study on seismic behavior of shear wall with cast-in-situ concrete infilled walls

为研究现浇混凝土填充外墙对剪力墙结构抗震性能的影响，完成了10个采用不同做法和不同形式填充墙的足尺墙体试件和2个无填充墙对比试件的拟静力试验。结果表明：填充墙与主体结构之间采用聚苯板条分隔做法和PVC板条分隔做法时，填充墙对主体结构的影响基本一致，均一定程度上改变了主体结构破坏过程及最终破坏形态，对于PVC板条分隔做法的试件，其破坏时的延性好于聚苯板条分隔做法的试件；填充墙增大了试件的承载能力，对于聚苯板条分隔做法的试件，其峰值荷载为无填充墙试件的1.37~3.31倍，两种做法填充墙试件的峰值荷载大小相当；填充墙减小了试件的变形能力，对于极限位移角，聚苯板条分隔做法的试件为无填充墙试件的20%~65%，PVC板条分隔做法的试件的变形能力明显大于聚苯板条分隔做法的试件；除聚苯板条分隔做法的结构洞墙试件外，其余试件的极限位移角均满足剪力墙结构抗震变形能力要求；填充墙显著增大了试件弹性及弹塑性阶段的刚度。基于试验结果，建议结构计算时合理考虑填充墙的不利影响，工程中尽量避免采用结构洞填充墙，对填充墙部位的结构构件及填充墙采取一定的加强措施。     

砌体剪力墙的受剪性能及其承载力计算

本文研究无洞、开洞、无筋以及水平配筋砌体剪力墙受剪性能及其承载力计算,在全面分析影响砌体剪力墙受剪性能的主要因素的基础上,采用弹性有限元法和作者建立的砌体破坏准则,分析了开洞墙的应力分布、裂缝形成及其出现的先后顺序,并提出了不同高宽比、竖向压应力、开洞率、无筋或配筋墙的水平开裂荷载、受剪承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。该方法弥补了现行规范未考虑墙体高宽比影响的不足,扩大了竖向压应力较大时的应用范围,可供砌体结构设计和研究参考。