大厚度组合剪力墙早期温度场试验研究

大厚度钢板-混凝土组合剪力墙在施工中会产生大量水化热且不易散热,带来的温度问题极易导致墙体裂缝。为了研究组合剪力墙的早期温度变化规律,进行了墙厚度达1.7 m的足尺剪力墙模型试验,从浇筑混凝土开始进行了为期30 d的实时温度监测,通过对组合剪力墙的温度变化规律、温差变化规律及温度梯度变化规律的分析,研究了温度场变化规律及其与墙体裂缝之间的内在联系,并与规范限值进行了对比,对钢板-混凝土组合剪力墙温度裂缝的预防提出了建议。     

双层钢板-内填混凝土组合剪力墙整体稳定性分析

考虑几何初始缺陷和材料非线性,对带钢管混凝土端柱的双层钢板-内填混凝土组合剪力墙进行有限元弹塑性整体稳定性分析,研究高度、宽度、厚度、钢板与钢管厚度、混凝土强度和钢材强度等参数对墙体整体稳定性能的影响。通过有限元分析,得到极限稳定承载力、荷载-位移曲线和与组合剪力墙发生失稳时的应力云图。采用三项式和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的整体稳定系数公式进行分段拟合,拟合出整体稳定系数计算公式。最后提出轴压作用下的组合剪力墙的极限稳定承载力公式。结果表明：拟合公式计算的整体稳定系数略低于有限元模拟结果,说明本文提出的整体稳定系数计算公式较为安全合理。     

基于OpenSEES的陶粒混凝土钢板组合剪力墙受力性能分析

为研究陶粒混凝土钢板组合剪力墙的受力性能,采用OpenSEES有限元软件建立了陶粒混凝土钢板组合剪力墙的计算模型,并对比试验数据验证了模型的准确性;通过数值模拟,分析了轴压比、剪跨比、截面宽厚比及钢板厚度对陶粒混凝土钢板组合剪力墙受力性能的影响。结果表明:当轴压比小于0.4时,组合剪力墙承载力随轴压比增大而升高;随着剪跨比增加,承载力近线性降低,剪跨比小于2时,延性随剪跨比增大而提高;随着截面宽厚比降低,承载力线性提升;钢板厚度增大可以显著提高墙体水平承载力,端部方钢管的钢板厚度增加对水平承载力提高作用更为明显。     

两边连接钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

对两边连接钢板-混凝土组合剪力墙和两边连接钢板剪力墙进行了拟静力试验,研究了组合剪力墙在反复荷载作用下的力学性能,分析了混凝土板对组合剪力墙承载力和耗能能力的影响。采用有限元软件ANSYS分析了两边连接钢板-混凝土组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢板剪力墙和组合剪力墙均表现出良好的延性;组合剪力墙中混凝土板的存在明显提高了其承载力和耗能能力,有效限制了钢板的平面外屈曲变形;在文中分析的参数范围内,当混凝土板厚度超过一定限值时能有效限制钢板的平面外变形,两边连接钢板 混凝土组合剪力墙的承载力主要与跨高比有关,随着跨高比的增加,组合剪力墙的承载力逐渐提高。     

双钢板-混凝土组合剪力墙变形能力分析

基于纤维法和精细材料本构模型,编制了双钢板-混凝土组合剪力墙的截面分析程序,并通过已有试验验证了分析结果的准确性。通过对6379个不同参数的双钢板-混凝土组合剪力墙的计算分析,得到了影响剪力墙截面变形能力的主要因素有考虑钢板作用的轴压比、混凝土强度、墙身的材料配比和暗柱混凝土的约束效应。研究结果表明：回归分析得到的双钢板-混凝土组合剪力墙截面极限曲率的计算公式满足精度要求并偏于安全;在此基础上,提出了双钢板-混凝土组合剪力墙基于位移的设计方法。同时,根据国内规范的设计方法,给出了双钢板-混凝土组合剪力墙的轴压比限值：对于C50以下的混凝土,双钢板-混凝土组合剪力墙的设计轴压比的限值为0.45;对于C50以上的混凝土,设计轴压比的限值可建议按n_2d,lim=-0.004f_cu+0.625计算。     

端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙抗震性能

为了提高钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能和可恢复性能,提出一种端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙,通过无黏结高强钢筋为墙体提供恢复力。进行了4个剪跨比2.28的钢板混凝土组合剪力墙低周反复荷载试验,分析了端部配置无黏结高强钢筋对试件的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能能力和可恢复性能的影响。试验结果表明：端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙最终发生压弯破坏,破坏截面应变基本符合平截面假定;端部配置无黏结高强钢筋提高了钢板混凝土组合剪力墙的承载力、变形能力、初始刚度和耗能能力;在内置钢板混凝土组合剪力墙端部配置无黏结高强钢筋可减轻受压区混凝土的破坏程度,减小墙体残余变形和裂缝宽度,具有较好的可恢复性能。给出了端部配置无黏结钢筋钢板混凝土组合剪力墙的水平承载力计算方法,计算结果与试验结果符合较好,误差在15%以内。     

内置钢板与内置钢桁架混凝土组合剪力墙抗震性能对比研究

通过对2组内置钢板混凝土组合剪力墙和内置钢桁架混凝土组合剪力墙拟静力试验的模拟,确定计算模型的建立方法,并选取2片相同含钢率的内置钢板混凝土组合剪力墙和内置钢桁架混凝土组合剪力墙模型进行侧向低周反复荷载作用下的计算分析,对比了2片剪力墙模型的承载力、刚度及其退化过程、延性、耗能及滞回特性,并选取实际工程为算例,对采用两种组合剪力墙的整体结构从抗侧刚度、破坏模式、层间位移角、位移时程及塑性发展等方面进行了抗震性能的对比。研究结果表明：对于构件层次,随着墙体高宽比的增大,内置钢板混凝土组合剪力墙的承载力、耗能能力及延性逐渐优于内置钢桁架混凝土组合剪力墙;对于结构层次,当墙体高宽比较大时,采用内置钢板混凝土组合剪力墙结构的抗震性能要优于采用内置钢桁架混凝土组合剪力墙的结构。     

Seismic behavior of steel plateconcrete composite shear walls with unbonded steel bars at the ends

为了提高钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能和可恢复性能，提出一种端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙，通过无黏结高强钢筋为墙体提供恢复力。进行了4个剪跨比2.28的钢板混凝土组合剪力墙低周反复荷载试验，分析了端部配置无黏结高强钢筋对试件的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能能力和可恢复性能的影响。试验结果表明：端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙最终发生压弯破坏，破坏截面应变基本符合平截面假定；端部配置无黏结高强钢筋提高了钢板混凝土组合剪力墙的承载力、变形能力、初始刚度和耗能能力；在内置钢板混凝土组合剪力墙端部配置无黏结高强钢筋可减轻受压区混凝土的破坏程度，减小墙体残余变形和裂缝宽度，具有较好的可恢复性能。给出了端部配置无黏结钢筋钢板混凝土组合剪力墙的水平承载力计算方法，计算结果与试验结果符合较好，误差在15%以内。     

双钢板-混凝土组合剪力墙研究新进展

进行了两组双钢板-混凝土组合剪力墙拟静力抗震性能试验,研究了该类结构的受力机理,并得到其典型破坏形态。试件均表现出良好的延性和耗能能力,滞回曲线饱满稳定,极限位移角均超过现行规范的规定限值,且大于其他类似试验的结果。缀板拉结措施可有效避免墙身钢板的局部屈曲,同时可加强对内填混凝土的约束作用,使高强混凝土在抗震剪力墙中的应用成为可能,从而很好地满足了超高层建筑结构对剪力墙高轴压、高延性、薄墙体的设计需求。在试验研究的基础上,开展了理论分析和数值模拟,对双钢板-混凝土组合剪力墙在工程中的应用提出了初步设计建议,对有待进一步开展的研究工作进行了展望。研究表明,双钢板-混凝土组合剪力墙具有延性好、耗能能力强、构造简单、施工方便、避免裂缝外露等优点,在超高层建筑结构中具有广阔的应用前景。     

钢板混凝土组合剪力墙轴压比影响研究

钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能与轴压比关系密切。采用Marc有限元软件对不同轴压比的钢板混凝土组合剪力墙进行了弹塑性分析,以考察轴压比对钢板混凝土组合剪力墙的抗侧刚度、滞回性能、耗能能力、变形能力以及承载力的影响,并对其分析模型进行了试验验证。研究结果表明：钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力随轴压比变化,当轴压比为0.4时,承载力达到最大值;当轴压比在0.2～0.4范围时,钢板混凝土组合剪力墙变形能力最大,耗能能力最强;当轴压比超过0.6时,其变形能力下降,延性减小,耗能能力减弱;轴压比对钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度有一定影响,伴随着往复加载,墙体抗侧刚度不断减小。研究中为了验证有限元分析结果的可靠性,进行了钢板混凝土组合剪力墙压弯受力缩尺模型试验。有限元数值模拟结果与缩尺模型试验结果比较接近,而按照JGJ 138-2012《组合结构设计规范》（报批稿）和纤维模型计算得到的钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力偏于保守。为了保证钢板混凝土组合剪力墙良好的抗震性能,在实际工程中构件的轴压比设计值不宜过高。     

闭口型压型钢板混凝土组合剪力墙轴压性能试验研究

以闭口型板肋布置方式和墙体厚度为变化参数,对6个闭口型压型钢板混凝土组合剪力墙在轴压荷载作用下的基本力学性能进行了试验研究,并对试验中观测到的试件变形发展过程、破坏模式、承载力和刚度变化进行了分析。结果表明:压型钢板板带在峰值荷载前发生弹性局部屈曲,墙体在轴压荷载作用下发生钢板屈曲后的压溃破坏;闭口型压型钢板板肋在混凝土中具有较好的嵌固作用,能够与混凝土协同工作,并对内填混凝土起到一定的约束作用。在此基础上提出了考虑压型钢板板带局部屈曲的闭口型压型钢板混凝土组合剪力墙轴压承载力计算公式。     

大宽厚比开缝组合钢板墙低周反复荷载试验研究

针对已有研究中开缝组合钢板墙开缝数量较多,使得墙板的抗侧刚度和承载力大大削弱的现象,对大宽厚比开缝组合钢板墙进行了试验研究。改进措施为采用预制混凝土板增加钢板的角部面外约束以防止墙板的整体屈曲。通过5个试件的反复荷载试验,研究大宽厚比开缝组合钢板墙的破坏模式、屈服承载力、极限承载力、延性、滞回性能以及耗能性能。试验结果表明,预制混凝土板角部设置约束装置可以有效避免试件的整体失稳,并改善大宽厚比开缝钢板墙的滞回性能。对大宽厚比开缝组合钢板墙试件进行的单调荷载和反复荷载作用下的有限元分析结果表明,单调荷载作用下的有限元分析结果明显低估试件的极限承载力,循环荷载作用下的骨架曲线与试验结果吻合较好,大宽厚比开缝组合钢板墙有明显的应变循环强化效应。相应地对大宽厚比开缝组合钢板墙极限承载力公式进行了改进。     

新型组合钢板剪力墙单元的抗剪承载力

提出一种适用于钢框架结构体系的新型组合钢板剪力墙形式。对4种宽厚比的纯钢板和1种组合钢板剪力墙单元的静力加载试验的结果表明:宽厚比决定了钢板初始抗侧性能和屈曲模态;小宽厚比钢板对边界约束条件较为敏感;预制墙板对提高剪力墙单元抗剪承载力和提高屈曲荷载有一定帮助,但是对钢板抗侧性能的贡献不大。通过数值模拟增加影响参数,对新型组合钢板剪力墙单元进行了理论分析。最后给出了三边固接一边弹性约束的钢板及组合钢板剪力墙单元的抗剪承载力计算公式,并依据成品预制墙板的规格尺寸给出了组合钢板剪力墙适用的预制墙板最小厚度选择方法。     

部分包覆钢-混凝土组合构件中主钢件翼缘的局部稳定性能研究

部分包覆钢-混凝土组合构件因两种组成材料的相互约束,能大幅增强H型钢翼缘的局部稳定性,因而设计时可以采用较大宽厚比的板件.增大冀缘宽厚比能提高钢材利用效率,但也存在降低构件承载能力和塑性变形能力的风险.对这类构件中钢翼缘板受压条件下的局部稳定性能进行了研究,推导了弹性与弹塑性失稳条件下的临界应力与冀缘宽厚比;根据试验研究结果,分析了翼缘宽厚比和连杆间距对构件延性的影响;讨论了现行规范有关规定的合理性.结果表明:混凝土单侧约束能大幅提高钢板的局部稳定临界应力,并可由此推导出PEC构件中主钢件翼缘板的宽厚比限值;当设置连杆约束时,在一定范围内采用较密的连杆间距,可以满足较大宽厚比截面的塑性承载的要求.     

双钢板混凝土组合剪力墙斜截面承载力计算方法

分析24片以剪切破坏为主的双钢板混凝土组合剪力墙的低周反复加载试验结果表明,剪切破坏以腹部混凝土斜压杆压碎或表面钢板拉断为破坏特征,无轴压力作用时,墙体腹部混凝土形成45°交叉斜裂缝,表面钢板发生45°剪切屈曲;轴压力可提高墙体的斜截面承载力;当剪跨比小于0.85时,随剪跨比减小,墙体受剪承载力增大,当剪跨比大于0.85时,剪跨比的变化对墙体受剪承载力影响不大.在此基础上,提出了该类组合剪力墙斜截面承载力计算的交叉斜杆模型,即当墙体达到极限状态时,钢板可视为45°分布式斜拉杆,混凝土可视为45°分布式斜压杆,拉压杆相互垂直.进而推导了组合剪力墙斜截面承载力的计算公式,并通过拟合试验结果,考虑轴压力对组合剪力墙斜截面承载力的影响.公式计算结果与试验结果吻合良好.     

高温下轴压方钢管混凝土短柱的热屈曲分析

基于薄板小挠度理论,采用能量法对方钢管混凝土中钢板局部热屈曲性能进行了理论分析。推导了热力耦合作用下钢管混凝土中钢板的临界屈曲系数,并给出了相应的钢板临界屈曲温度计算公式;推导了钢管混凝土外包钢板在热力耦合作用下外荷载、热荷载与常温临界屈曲荷载的关系。结果表明:钢管的弹性模量对临界屈曲温度没有影响;宽厚比对临界屈曲系数及临界屈曲温度有较大影响,并建议了宽厚比限值;通过热屈曲临界系数求得构件屈曲时长宽比的最小值,可用于钢板热屈曲设计。     

双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型的配置L形拉结件的双钢板-混凝土组合剪力墙。通过两组共6个双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,对此新型组合剪力墙的抗震性能进行了研究。试件改变参数主要为轴压比和连接件间距,在试验的基础上对试件的破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等进行分析。试验研究表明：L形拉结件的配置既能增强外包钢板对核心内混凝土的约束作用又能抑制外包钢板的屈曲,充分保证了外包钢板和混凝土之间的协同工作,此新型组合剪力墙具有较高的承载力,较好的延性及耗能能力。在达到峰值荷载之前,墙体钢板未发生明显的局部屈曲变形,最终组合剪力墙均因端柱屈曲拉裂而开始破坏;破坏时极限位移角的平均值为1/58;随着距厚比减小,试件的水平承载力和延性系数均显著提高。     

双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验,观察了试件的破坏过程,获取了应变分布数据,分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比,竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高,承载力及刚度退化更为缓慢,延性更好;在承载力接近的情况下,双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的;设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低,使其破坏阶段的承载力退化减缓,且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性,防止其发生面外破坏;试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力,但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快,延性变差;增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度,对延性和耗能能力影响并不显著;采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

Analysis on local thermal critical buckling of square concrete filled steel short tubular under axial compression

基于薄板小挠度理论，采用能量法对方钢管混凝土中钢板局部热屈曲性能进行了理论分析。推导了热力耦合作用下钢管混凝土中钢板的临界屈曲系数，并给出了相应的钢板临界屈曲温度计算公式；推导了钢管混凝土外包钢板在热力耦合作用下外荷载、热荷载与常温临界屈曲荷载的关系。结果表明：钢管的弹性模量对临界屈曲温度没有影响；宽厚比对临界屈曲系数及临界屈曲温度有较大影响,并建议了宽厚比限值；通过热屈曲临界系数求得构件屈曲时长宽比的最小值，可用于钢板热屈曲设计。     

Experimental study on seismic behavior of double-skin corrugated plates and concrete composite shear wall

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验，观察了试件的破坏过程，获取了应变分布数据，分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比，竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高，承载力及刚度退化更为缓慢，延性更好；在承载力接近的情况下，双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的；设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低，使其破坏阶段的承载力退化减缓，且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性，防止其发生面外破坏；试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力，但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快，延性变差；增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度，对延性和耗能能力影响并不显著；采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算，试验结果与计算值吻合良好。