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。     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙有限元分析和抗剪承载力计算式

为了建立箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙的抗剪承载力计算式,在前期试验研究的基础上,设计了16个模型试件,对影响组合钢板墙抗剪承载力的关键参数进行了有限元分析,探讨了钢板墙的高厚比、肋板刚度比等对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度退化等。结果表明:墙板的高厚比越大,钢板越容易产生面外屈曲形成拉力带,滞回曲线捏缩越明显,屈服承载力和极限承载力越低。高厚比越小,组合钢板墙的抗侧刚度越大,但在受力后期,刚度退化速度较快。肋板刚度比对初始弹性刚度和滞回性能的影响不明显。基于分析结果,提出了组合钢板墙的合理破坏模式,并通过参数分析和回归分析,得到了组合钢板墙的抗剪承载力计算式。算例分析表明:所提计算式可用于计算组合钢板墙的抗剪承载力。     

两边连接竖向加劲钢板剪力墙滞回性能研究

两边连接竖向加劲式钢板剪力墙是一种新的结构形式,其优势很独特.运用ANSYS对跨高比L/H为0.5-1.5的75组单片墙的滞回性能进行参数化分析,详细归纳总结了滞回性能几个主要指标（滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、刚度衰减系数）随着跨高比、板厚、加劲肋效应的变化规律.分析结果表明：跨高比越大滞回曲线捏缩效应表现得越明显,板厚越小捏缩现象出现得越早;能量耗散系数绝大多数随着跨高比的增大呈现降低的趋势;同一跨高比构件刚度随着板厚的减小而降低,同一板厚的构件刚度随着跨高比的增大而增大;增强加劲肋对钢板墙耗能能力的提高有一定的贡献,对于提高钢板墙刚度的效果不明显.     

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。     

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。     

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。     

钢框架-蝴蝶形钢板墙的承载力和耗能研究

为研究新型钢框架-蝴蝶形钢板墙结构的层间抗震机理,利用ABAQUS有限元软件建立了3层(包含2个半层不连续布置蝴蝶形钢板墙的钢框架模型。应用上述模型,分析了结构的承载力、抗侧刚度、滞回性能、累积耗能等力学性能。结果表明:蝴蝶形钢板墙能够较好与钢框架协同工作,在为钢框架提供耗能的同时也提供一定的抗侧刚度;随着钢板墙厚度的增加,结构的承载能力和耗能能力都会有不同程度的增加;当框架柱的轴压比增大时,结构的极限承载力会下降。     

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。     

带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体抗震性能有限元分析

为了深入研究带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体的抗震性能,基于前期试验研究结果,对底部加强区组合钢板墙进行有限元建模。设计了32个有限元模型试件,对影响组合钢板墙混凝土面板约束效果的关键参数进行了分析,探讨了螺栓纵、横向间距,轴压比对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了模型试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化和各特征阶段的荷载、位移值。结果表明:厚钢板墙承载力高、后期降低明显,最终发生屈服破坏,而薄钢板墙承载力较低,但后期承载力较稳定,最终发生屈曲破坏;螺栓纵向间距越大,滞回曲线越早出现捏缩、耗能能力减弱;轴压比对墙体承载力和耗能能力影响不大。基于分析结果,给出了组合钢板墙螺栓间距和轴压比的设计建议值。     

蜂窝钢板剪力墙抗震性能研究

利用ADINA有限元软件,采用有限元数值模拟的方法分析在低周往复荷载作用下蜂窝钢板剪力墙结构的抗震性能。通过改变开孔位置、开孔率、高厚比和轴压比等参数,研究其对蜂窝钢板剪力墙结构滞回和耗能性能的影响,并绘制骨架曲线研究其对蜂窝钢板剪力墙结构水平承载力和抗侧刚度的影响。结果表明:当开孔率一定时,钢板上开孔应避开对角线,开孔宜在板上交错分布,不宜按顺序集中分布;随着开孔率、高厚比和轴压比的增大,蜂窝钢板剪力墙的耗能能力、抗侧刚度和极限承载力均有所降低。     

盖板加强斜加劲薄钢板剪力墙滞回性能分析

为了研究盖板加强斜加劲薄钢板剪力墙屈曲后性能与滞回性能,通过改变盖板相似比、盖板高厚比,对盖板加强斜加劲薄钢板剪力墙进行了有限元单调加载与循环加载分析。结果表明:盖板加强斜加劲薄钢板剪力墙具有较好的抗侧力能力及优良的耗能能力,通过合理地调整盖板的几何参数可以充分发挥薄钢板墙的耗能能力;盖板相似比越大,內填钢板越稳定,结构抗侧刚度与耗能能力越强。相对来说,盖板相似比不小于0.5时,抗侧刚度与耗能能力增幅较大;盖板的高厚比存在一个临界值,在达到临界值后,盖板仅作为次要结构,在加载过程中基本处于弹性阶段,对结构抗剪性能与滞回性能影响较小。     

可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构滞回性能数值分析

针对传统钢框筒结构耗能能力不足及强震作用后结构修复难度大等问题,提出一种震后可快速恢复功能的可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构(HSS-FTS)。为研究该结构的滞回性能,采用ABAQUS建立了单层单跨HSS-FTS足尺结构有限元模型并对其进行非线性滞回分析,以耗能梁段的长度、加劲肋间距、翼缘宽厚比和腹板高厚比为参数,通过分析模型的承载力、刚度、延性和耗能等,研究以上参数对结构滞回性能的影响规律。结果表明:改变耗能梁段长度对结构承载力、刚度、延性和耗能能力影响较为显著;耗能梁段加劲肋间距满足现行抗规要求时,改变耗能梁段加劲肋间对结构滞回性能影响不大;当耗能梁段翼缘宽厚比减小时,结构的承载力、刚度和耗能能力略有增强,但对结构的延性影响较小;当腹板高厚比减小时,结构的承载力、刚度和耗能能力显著提高。在满足结构设计要求的前提下,为保证结构具有良好的滞回性能,基于本文的分析结果,建议耗能梁段长度取(0. 60～0. 87) Mp/Vp;耗能梁段加劲肋间距需满足抗规要求;耗能梁段翼缘宽厚比取4. 7～6. 7;耗能梁段腹板高厚比取21. 6～30. 2。     

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。     

开斜槽钢板剪力墙的滞回性能

为寻求适用于自复位结构且具有显著捏缩滞回特征抗侧力部件,对单向斜槽钢板剪力墙(steel plate shear wall with inclined slots,IS-SPSW)、双向IS-SPSW及传统薄钢板剪力墙(traditional thin steel plate shear wall,TT-SPSW)的滞回性能进行了研究。分析了剪力墙板高厚比、跨高比参数对IS-SPSW滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响,对比了双向IS-SPSW与TT-SPSW滞回性能的差异。分析结果表明,随剪力墙板高厚比的增加,单向IS-SPSW的水平承载力、抗侧刚度、耗能能力呈降低趋势。剪力墙板跨高比对单向IS-SPSW的水平承载力影响较大,对其滞回曲线、抗侧刚度及耗能能力几乎无影响。与TT-SPSW相比,对称布置的双向IS-SPSW具有显著捏缩的滞回特征和较高的水平承载力,非常适合作为自复位结构的主要抗侧力构件,可降低对复位部件用量的需求。     

半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能试验研究

为研究半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能和传力机理,通过一榀1∶3比例单跨双层的半刚性框架-预制混凝土板防屈曲钢板墙的低周往复荷载试验研究,研究节点刚度与防屈曲墙体的相互影响效果,获得承载力、刚度、耗能和节点转动能力等指标。试验结果表明:该种结构具有优越的耗能能力,节点刚度退化小,墙板的设置显著降低节点区自身的延性和应力要求,半刚性框架和墙板协同工作良好;防屈曲构件的设置可改善钢板的实际受力,提高墙体的承载力及刚度,有效克服滞回曲线的"捏缩"现象,避免薄板墙的噪音及震颤,半刚性框架承担25%的水平剪力,试件面内呈弯剪破坏模式。研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据。     

无屈曲波纹钢板墙抗震性能与设计理论

提出了一种承载-消能双功能构件,即无屈曲波纹钢板墙。该构件通过利用波纹钢板自身较大的面外刚度,避免过早发生面外屈曲,以保证其在屈曲前可充分屈服消能。首先,通过波型参数分析,包括板厚、波高、波折角度等,得到了保证波纹墙在1/50层间位移角下不发生屈曲的最优波型,并针对波纹钢板的高厚比、宽厚比以及高宽比等进行了参数分析,分析结果表明,波纹钢板高厚比和宽厚比是影响波纹墙抗震性能的主要因素,对于波型7和波型10,当波纹钢板高厚比、宽厚比分别不大于临界值177、226时,在1/50层间位移角下不会发生面外屈曲。然后基于最优波型,提出了无屈曲波纹钢板墙的设计理论,得到了屈服承载力、极限承载力和初始抗侧刚度等理论计算公式,并利用2种最优波型共4个试件对设计理论和最优波型进行了试验验证。结果表明,高厚比(宽厚比)大于临界值的试件,在层间位移角1/50下发生了面外屈曲,而小于临界值的试件未屈曲,且滞回曲线饱满,承载力、刚度与理论值吻合较好。最后,提出了混合强化法则参数确定的简化计算方法,并利用得到的参数进行了试验数值模拟,以及参数分析了不同钢材对波纹钢板墙抗震性能的影响,分析表明,应优先采用伸长率大、屈服强度低的钢材。     

开菱形孔钢板剪力墙受力性能研究

为提高材料利用率与剪力墙的抗震性能,提出一种菱形孔平面钢板剪力墙,给出了简化分析模型,推导了钢板墙中蝶形带的承载力、柔度以及钢板墙整体初始弹性刚度的理论公式,并通过数值分析验证了理论公式的有效性。以开孔尺寸作为主要参数,对开孔钢板墙进行了非线性有限元模拟。结果表明：当开孔宽度适中时,开菱形孔钢板墙与带竖缝钢板墙的承载力相差较小;蝶形带存在三种平面内破坏模式,即弯曲、整体弯剪、局部剪切;当参数h/a、h/b、h/H、h/t（h为开孔高度,a为蝶形带中间截面宽度,b为开孔宽度,H为钢板高度,t为钢板厚度）分别减小时,承载力和弹性刚度都有不同程度的增大;h/a较大时,钢板剪力墙的滞回曲线较饱满,等效黏滞阻尼比较大;减小h/t会显著提高其承载力,但延性变差。     

半刚接钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能的有限元分析

为研究半刚接钢框架-钢板剪力墙结构(Partially-restrained Steel Frame Steel Plate Shear Wall)的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了低周往复荷载作用下梁柱半刚性连接对强、弱框架SPSW结构滞回性能、承载力、刚度、耗能能力的影响.分析结果表明:SPSW结构的滞回曲线具有双重特征,当周边钢框架较强时,滞回曲线趋于饱满;当内填剪力墙板较强时,滞回曲线趋于捏缩.随着节点抗弯承载力的增加,强、弱框架的SPSW结构的滞回性能趋于饱满,耗能能力增强,水平承载力呈增大趋势,但对强框架SPSW结构的影响程度大于弱框架SPSW结构.节点抗弯承载力对强框架SPSW结构的抗侧刚度影响较大,对弱框架SPSW结构抗侧刚度影响相对较小.     

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙抗震性能试验研究

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙是一种新型抗侧力体系,采用力学性能优良的低屈服点钢作为内填墙板,通过密肋框格抑制钢板面外屈曲。为 系统研究其抗震性能,进行了3榀1/3比例单跨两层半试件的低周往复荷载试验。对比分析各试件在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度和耗能能力,探究 不同节点刚度和框-墙连接方式的影响,考察三者的破坏形态。试验结果表明：密肋框格防屈曲钢板墙具有稳定的承载力和良好的塑性变形能力,结构初始 侧向刚度大,耗能性能优良。防屈曲密肋框格的设置起到类似两边连接的作用,有效改善了内填板的受力特性,试件的滞回曲线饱满,避免出现“捏缩”现 象。结构具有理想的屈服顺序和较为合理的破坏模式。梁柱节点对试件的抗震性能影响较小,降低连接刚度能够提高结构的延性和耗能。最后将各试件承载 力和初始刚度的理论计算值与试验结果进行对比,二者较为吻合。     

外肋板式钢板混凝土组合剪力墙与钢梁节点抗震性能试验研究

外肋板式钢板混凝土组合剪力墙与钢梁节点是一种新型墙梁节点，设计并制作了四个足尺的外肋板式钢板混凝土剪力墙与钢梁节点模型试件进行低周往复加载试验，研究钢梁跨高比、外肋板宽厚比以及设置栓钉对试件的滞回性能、延性、耗能和刚度退化等抗震性能的影响。结果表明该节点具有良好的延性和耗能能力，外肋板对节点承载力有较大提升，跨高比较小的试件在弹塑性阶段具有更好的耗能能力，改变外肋板宽厚比和在墙侧设置栓钉对该节点初始刚度无明显影响，该节点荷载有两种传递方式，一种由外伸梁传至外肋板，再由外肋板传至剪力墙；另一种直接由外伸梁传递至剪力墙，前者占比更高。