基于分层壳单元与纤维梁单元组合剪力墙滞回性能分析

为系统研究带边框组合柱剪力墙组合结构的抗震性能,基于分层壳单元与非线性纤维梁单元,在ABAQUS软件中进行用户材料模型子程序二次开发。用分层壳单元模拟剪力墙,纤维梁单元模拟外围组合框架,分别对钢管混凝土组合框架、带钢管混凝土边框柱及型钢混凝土边框柱的组合剪力墙进行低周往复加载试验数值模拟。计算、试验结果总体吻合较好。在此基础上,对比分析该类组合剪力墙滞回性能、受力特征及破坏特征,数值模拟获得墙板在典型时刻的裂缝分布等与实测结果接近。研究表明,采用分层壳单元与纤维梁单元能较准确、有效模拟带边框柱组合剪力墙体系的滞回性能,亦能较好描述剪力墙裂缝发展情况。该方法可为实现高层建筑钢与混凝土混合结构体系抗震性能有效、准确的数值模拟分析提供参考。     

带斜筋单排配筋低矮剪力墙的抗震性能

为替代粘土砖砌体结构,适应建筑节能发展需求,研发墙体薄、造价低、施工简便、易于推广且抗震性能良好的带斜筋单排配筋混凝土剪力墙多层节能住宅结构。剪力墙中设置斜筋,可提高其抗剪能力并防止基底剪切滑移,有效改善其抗震耗能能力。进行4个一字形截面低矮混凝土剪力墙的低周反复荷载试验,研究不同轴压比下,带斜筋单排配筋低矮混凝土剪力墙的抗震性能,并与不带斜筋的单排配筋混凝土剪力墙进行比较,分析其破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度和耗能能力。在试验研究基础上,建立其承载力简化计算模型。研究表明:带斜筋单排配筋混凝土低矮剪力墙的抗震性能优于普通单排配筋混凝土剪力墙,能较好地满足抗震设计要求。     

带耗能支撑再生混凝土框架-剪力墙结构振动台试验研究

为了研究带耗能支撑再生混凝土框架-剪力墙结构的抗震能力,进行2个框架-剪力墙结构模型的模拟地震振动台试验研究,其中1个为再生粗骨料混凝土普通框架-剪力墙结构,1个为再生粗骨料混凝土带耗能支撑框架-剪力墙结构。对比分析了2个模型不同受力阶段的动力特性、地震反应及破坏形态,结果表明:耗能支撑能明显提高再生混凝土框架-剪力墙结构的抗震能力,使其较好地满足现行抗震设计规范要求。     

钢管混凝土框架-RC剪力墙混合结构滞回性能分析

为了研究带钢管混凝土边柱钢筋混凝土(RC)剪力墙的抗震性能,在其他研究者完成的带钢管混凝土边柱RC剪力墙和普通钢筋混凝土剪力墙滞回性能试验结果的基础上,采用开源非线性分析程序OpenSees平台中的非线性纤维模型对其进行了低周往复试验的数值模拟,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法来模拟纤维截面的抗剪。计算结果与实测结果总体吻合较好,研究表明：这种考虑剪切效应的纤维模型法能够较好的模拟该类组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化,而且运算效率较高。     

单排配筋L形截面剪力墙振动台试验研究

为了解配筋形式对单排配筋L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向的抗震能力影响,进行了2个单排配筋L形截面剪力墙模型的振动台试验,1个为普通单排配筋剪力墙,1个为带斜筋单排配筋剪力墙,2个剪力墙模型的总配筋量相同。通过在L形截面剪力墙的非工程轴方向输入El-Centro地震波,测试比较2个剪力墙模型在弹性、开裂及破坏阶段的动力特性、地震反应与破坏特征,分析不同配筋形式下L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向的抗震能力,结果表明,带斜筋与不带斜筋的单排配筋L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向均有良好的抗震性能,能够满足低多层建筑结构的抗震设计要求。     

剪力墙的型式、设计理论研究进展

该文回顾了近几十年来剪力墙在材料和截面型式上的发展历程。由于剪力墙体系在承载性能、抗震性能以及建筑布局上的优势，其已经越来越多地被应用到多高层建筑和住宅结构中。剪力墙经历了钢筋混凝土、纯钢、钢-混凝土组合的发展历程。随着材料和截面型式的不断更新，剪力墙逐步体现出高性能、装配化的发展方向，符合目前中国住宅建筑的发展需求。该文着重介绍了多种型式的波形钢板剪力墙的受力机理、设计理论研究过程及其在单调荷载作用和水平往复荷载作用下的试验研究成果，并阐述了波形钢板混凝土组合墙的受力机理和装配化加工过程，说明了针对波形钢板混凝土组合墙的截面强度承载力、整体稳定承载力、墙肢稳定承载力和抗震性能等问题的研究过程、试验结果以及设计理论，给出了部分关键设计公式。该文还介绍了《波形钢板组合结构技术规程》的适用范围和编制内容，也简要说明了波形钢板混凝土组合墙-钢管混凝土异形截面柱框架结构体系中异形柱的设计方法。     

双钢板混凝土组合剪力墙试验研究及结构弹塑性时程分析

以16个不同参数的带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙滞回加载试验为基础,研究了不同高宽比、轴压比以及不同约束拉杆间距的组合剪力墙破坏模式,得到了试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线以及位移延性等抗震性能参数,并通过数值计算其与普通钢筋混凝土剪力墙的对比,分析得出组合剪力墙具有比普通剪力墙更好的承载力和延性。同时采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙结构和普通混凝土剪力墙结构进行不同地震作用水平的弹塑性时程分析,对比了二者的层间位移角及构件的塑性耗能,结果表明较之普通混凝土剪力墙,组合剪力墙可以有效的减小结构的层间位移角,降低剪力墙的塑性耗能,提高连梁的耗能比例,对结构抗震更为有利。     

一种基于再生混凝土的装配式结构抗震性能试验研究

为了研究低成本抗震节能结构体系,进行了以建筑垃圾为骨料的再生混凝土力学性能试验。对再生混凝土剪力墙进行了拟静力试验,分析了以建筑垃圾为骨料的再生混凝土剪力墙承载力、破坏形态以及滞回特性。提出一种隔震装置以及装配式结构,通过模拟地震动振动台试验分析隔震结构在地震作用下的抗震性能并检验隔震装置的有效性。结果表明：再生混凝土的力学性能随着聚丙烯纤维的加入而提高;再生混凝土剪力墙具有较高的抗震性能和承载能力;装配式结构洞口处和墙柱连接处为薄弱部位,地震作用下洞口处裂缝呈现 X 形分布,墙柱连接处几乎形成贯通的裂缝。在不同地震波作用下,隔震后结构沿高度方向上的振动趋于整体平动,表明该隔震装置对于结构隔离地震作用具有一定的效果,但该隔震装置的隔震效果与输入地震波的频谱特性有关,设计时,需要选择适当的场地。     

装配式混凝土剪力墙结构空间模型抗震性能试验

对装配式混凝土剪力墙结构底部四层1/2比例空间模型进行了低周反复荷载试验。根据试验结果及试件原型静力弹塑性分析结果对比分析认为:装配式混凝土剪力墙结构抗震性能满足我国抗震设防要求,同时,由于填充墙效应及局部现浇带的有效约束,结构承载力及刚度得到提高,且有较大安全余度,可应用于实际工程;装配式混凝土剪力墙结构由于采用与剪力墙板整体预制的钢筋混凝土填充墙,设计时应充分考虑填充墙对主体结构强度和刚度的影响;装配式混凝土剪力墙结构弹性强度及刚度较现浇剪力墙结构有明显提高,但同时造成其在弹塑性阶段表现复杂,有必要建立其精细化弹塑性模型进行地震作用下的详细分析。     

两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

为研究带窗洞的预制装配式混凝土剪力墙中窗下墙对结构抗震性能的影响,该文对两个带不同高度窗下墙的两层预制剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。在此基础上,提出了带窗下墙预制剪力墙结构的精细有限元数值模拟方法,结合试验结果分析揭示了窗下墙对带开洞预制剪力墙抗震性能的影响。试验和数值模拟分析结果表明,两试件在初始受力阶段,窗下墙与下层连梁作为一根整体连梁共同工作,此后二者逐渐脱开,形成两根并列布置的双连梁;两试件的破坏形态均为墙肢根部和双连梁两端形成塑性铰,最终塑性铰区混凝土被压碎;窗下墙较高的试件W-2承载力和初始刚度均大于W-1,延性和耗能能力则小于W-1;预制剪力墙构件中的窗下墙可显著提高该类构件的刚度、承载力和耗能能力,对带窗下墙的预制剪力墙结构进行抗震设计时应对窗下墙予以考虑。     

矩形钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体结构抗震研究

钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体是一种新型抗侧力部件。该文对不同混凝土强度等级,不同轴压比,不同剪跨比,不同强弱抗剪连接键等设计参数的矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的抗震性能进行了研究。进行了2个普通钢筋混凝土剪力墙和7个矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的低周反复荷载试验,以及2个设置不同形式抗剪连接键的剪力墙节点的低周反复荷载试验。在试验基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征。建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:这种新型组合剪力墙及筒体可有效地将混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大的优势与钢管混凝土柱抗震延性好的优势组合,钢管混凝土边框柱与混凝土剪力墙之间的抗剪连接键能可靠工作。工程应用效果良好。     

大型火电厂主厂房带边框柱剪力墙有限元分析

通过对某大型火电厂主厂房纵向框架-剪力墙模型结构进行的伪静力试验,研究了此类工业厂房中纵向带边框柱剪力墙结构的抗震性能问题,并采用宏观有限元方法将这种剪力墙模型结构简化为一个多垂直杆模型,通过将竖向弹簧杆元放置在Gauss积分点处,不仅可以模拟出剪力墙结构的滞回曲线、骨架曲线以及延性等性能,还明显提高了计算效率。另外,比较计算结果与试验数据可以看出:两者在滞回曲线、延性等方面基本吻合,验证了该方法的准确性与有效性,可为推广使用提供参考。     

国内节能型剪力墙技术研究和应用现状分析

节能型剪力墙体系主要由承重-保温型结构材料构成,轻骨料混凝土是应用较多的承重-保温型结构材料。本文介绍了常用的一些轻骨料混凝土的材料性能和力学性能,如抗压强度、导热系数及应力-应变本构关系等。通过对相关文献结果的比较分析得出,轻骨料混凝土剪力墙在自身热工性能上有明显改善。力学性能方面,在承载力满足设计要求的前提下,延性性能优于普通混凝土剪力墙,拥有较高的抗震安全储备。同时介绍了免拆模复合剪力墙体系和新型夹心剪力墙体系,论述了它们的热工性能和构造组成。通过对比分析,得出轻骨料混凝土是节能型剪力墙体系中具有广阔应用前景的承重-保温型材料。     

新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究

提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为 1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。     

低周反复荷载下型钢混凝土-钢筋混凝土竖向混合结构转换柱受剪性能试验研究

为了研究型钢混凝土-钢筋混凝土竖向混合结构转换柱的受剪性能,对16个转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件进行了低周反复荷载试验。分析了转换柱试件的破坏形态,研究了其位移延性、承载能力、强度衰减,以及耗能能力等方面的力学性能,并与钢筋混凝土柱试件进行了对比。试验结果表明:转换柱的破坏形态可以分为剪切破坏、粘结破坏和弯曲破坏;转换柱中钢与混凝土之间的相互作用方式导致了其特殊的破坏特征;发生粘结破坏和弯曲破坏的试件,其最大承载力之后的强度衰减较大;转换柱的耗能能力介于型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱之间。绝大多数转换柱试件的延性性能能够满足位移延性系数大于3的抗震设防要求。     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明:高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

结构尺寸对钢筋混凝土短柱抗震性能影响:细观分析

地震作用下,钢筋混凝土短柱由于承受竖向和水平荷载共同作用而往往产生脆性压-剪破坏行为,该脆性破坏可能表现出尺寸效应行为。借助混凝土细观结构特征,考虑非均质性以及钢筋/混凝土非线性相互作用的影响,建立了钢筋混凝土短柱力学行为研究的三维细观尺度数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,研究了轴压比对不同结构尺寸尤其是大尺寸钢筋混凝土短柱抗震性能,如抗剪承载力、滞回特性、延性性能和耗能能力等参数的影响。最后,借助相关试验和模拟数据,基于经典的Bažant尺寸效应律思想提出了能够反映尺寸效应影响钢筋混凝土短柱抗剪承载力修正公式。