装配式钢-混凝土组合管剪力墙轴压性能与承载力计算方法研究

为研究装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙的轴压性能,完成了7个SRCT剪力墙试件的轴压性能试验,分析了试件的破坏形态、承载能力、位移延性、初始刚度等轴压性能。结果表明:SRCT剪力墙具有良好的轴压承载能力、刚度和变形能力,表现出良好的轴压承载性能;SRCT剪力墙轴压承载能力和初始刚度与距厚比成反比,延性与距厚比成正比;拉结筋布置形式对SRCT剪力墙的轴压承载力有一定影响,对初始刚度影响较小,拉结筋梅花形布置的SRCT剪力墙轴压承载力更高;侧面锚栓布置形式对SRCT剪力墙承载力有较大影响,随着侧面锚栓的加强,SRCT剪力墙承载能力增大;提出了考虑钢板局部屈曲和钢管对内膛混凝土约束作用的SRCT剪力墙轴压承载力和初始刚度计算方法,计算结果与试验值吻合良好。     

钢筋混凝土框架核心筒结构层间耗能分布研究

该文通过对5个不同结构特性的钢筋混凝土框架-核心筒结构, 选用一定数量的地震波进行时程分析, 研究了此类结构在水平地震作用下的滞回耗能与结构动力特性以及地震动参数的关系, 以及滞回耗能在构件及层间的分布规律。研究表明:结构自振周期与地震波卓越周期比和地震动加速度幅值对结构滞回耗能影响较大, 刚度特征值影响外框架与内筒之间滞回耗能分配, 内核心筒中连梁和剪力墙的线刚度比与两者之间耗能分配比例呈线性关系;结构滞回耗能主要集中于底层剪力墙和中部连梁处。通过参数分析及回归拟合的方法得到能够反映结构刚度特征值、连梁与剪力墙线刚度比和结构周期等因素的滞回耗能层间分布规律的简化计算公式。     

框架-剪力墙双重抗侧力体系柱计算长度系数研究

针对框架-剪力墙双重抗侧力体系,通过刚度特征值综合反映框架与剪力墙的侧向刚度,考察其对框架剪力分担率与屈曲荷载的影响。建立了高度为48 m、72 m、96 m和120 m四个计算模型,分别采用有限元法和简化方法计算结构的屈曲荷载与框架柱的计算长度系数。刚度特征值可以综合反映框架与剪力墙相对刚度以及结构高度的影响,特征刚度值越大,框架分担的剪力也随之增大。框架屈曲荷载修正系数γ可以用于定量表征框架受到剪力墙侧向支撑作用强弱的程度,γ随着结构高度增大迅速减小。当框架-剪力墙高度较大时,其框架部分的屈曲荷载可能低于相应纯框架的屈曲荷载,说明此时框架部分为剪力墙提供了侧向支撑。计算结果表明：对于纯框架,按结构标准层分段加载有限元分析得到柱的计算长度系数在各标准层范围内保持不变,且各标准层之间差异不大;基于同层柱相互支援的修正《钢结构设计标准》法,得到柱的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近,两者误差为-9.5%～14.2%。框架-剪力墙柱的计算长度系数介于无侧移框架与有侧移框架之间;随着结构高度增大,其值与纯框架的计算结果逐渐接近;修正《钢结构设计标准》法得到的计算长度系数与分段加载...     

钢板-高延性混凝土组合低矮剪力墙抗震性能试验研究

为提高低矮剪力墙的抗震性能,提出外包钢板-高延性混凝土(HDC)组合低矮剪力墙。设计了1片HDC低矮剪力墙、2片内置钢板-HDC组合低矮剪力墙和2片外包钢板-HDC组合低矮剪力墙,通过拟静力试验,研究了轴压比、配钢形式对试件破坏形态、滞回性能、承载能力、变形能力、耗能能力和刚度退化的影响。试验结果表明:HDC低矮剪力墙发生剪切破坏,内置钢板-HDC组合低矮剪力墙发生弯剪破坏,外包钢板-HDC组合低矮剪力墙发生弯曲破坏;与HDC低矮剪力墙相比,钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力和承载力明显提高;钢板-HDC组合低矮剪力墙的峰值荷载和刚度受轴压比的影响较小;轴压比从0.5变到0.7时,内置钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力降低,外包钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力没有降低;提出钢板-HDC组合低矮剪力墙受弯承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

型钢混凝土剪力墙恢复力模型研究

通过8个型钢混凝土剪力墙的低周反复加载试验,重点研究轴压比、配钢率、配箍特征值对剪力墙滞回性能的影响。根据试验结果,通过理论分析,提出了以开裂点、屈服点、峰值点和极限点为特征点并考虑刚度退化的四线型荷载-位移恢复力模型,给出了各特征点参数以及各阶段刚度计算公式。分析结果表明,用该文恢复力模型所得计算滞回曲线与试验滞回曲线符合较好。该文的恢复力模型既反映了主要因素的影响,又便于进行结构非线性动力分析,可供型钢混凝土剪力墙非线性地震反应分析和工程设计应用。     

考虑翘曲的一字型配筋砌块砌体剪力墙悬臂梁模型恢复力特性数值模拟研究

基于经过试验验证过的考虑截面翘曲影响的纤维单元模型,该文考虑工程中剪力墙的可能高宽比范围、配筋率、轴压比、砌体抗压强度值等主要因素,用均匀设计法安排一字型配筋砌块砌体剪力墙悬臂梁模型数值模拟试验方案,进行拟静力试验数值模拟分析。结合实际试验结果,回归分析得到该类墙片恢复力特征参数与所考虑因素之间的经验公式,为一字型配筋砌块砌体剪力墙为抗侧力结构的高层结构弹塑性分析奠定了基础。     

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。     

跨高比L/h≤1.5复合配筋连梁受力状态的模拟

根据钢筋混凝土联肢剪力墙复合配筋连梁在低周反复加载试验下的受力特征分析,在合理化假定基础上,该文发展了适用于模拟跨高比L/h≤1.5复合配筋连梁受力性能的超静定拉杆-压杆模型,该模型由包含对角斜向混凝土压杆、对角斜向钢筋压杆和对角斜向钢筋拉杆的主斜拉杆-压杆模型、以及包含菱形筋双肢和混凝土次斜压杆的菱形筋桁架模型组成。该文定量地确定了两类混凝土斜压杆变形与梁端侧移的关系,进而根据杆件间的变形规律建立起各拉杆和压杆的几何方程和变形协调方程,然后取各杆件为脱离体进行受力状态分析,得到杆件受力与变形之间的关系,最终在梁端截面位置建立起力总体平衡方程。共31个计算式的迭代计算结果与试验结果对比表明,该模型能较好地反映跨高比L/h≤1.5复合配筋连梁从开裂到失效全过程受力性能。     

高性能混凝土剪力墙基于性能的抗震设计截面延性分析

根据剪力墙截面的特点,提出采用分段约束箍筋改善高性能混凝土剪力墙截面的延性,针对剪力墙截面的受力特点和配筋形式,研究了分段约束箍筋对高性能混凝土剪力墙截面延性的影响;提出剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,分析了剪力墙截面相对受压区高度与曲率延性之间的关系,推导了剪力墙截面曲率延性与约束箍筋数量之间的关系。试验结果和算例分析表明:约束箍筋的作用对高性能混凝土剪力墙截面屈服曲率的影响较小,但对极限曲率的影响较大;剪力墙截面的曲率延性与轴压比、分段约束箍筋的数量、约束范围、截面端部约束混凝土的设计参数等因素有关。     

HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析

基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。     

带竖缝钢筋混凝土剪力墙的壁式框架分析模型

对JGJ99-98中竖缝剪力墙的两种等效模型进行考察,指出了考虑钢框架梁剪切变形的必要性。由于两种模型均不能正确地给出钢框架梁的剪力,也不能反映钢框架梁弯曲变形对整体刚度的影响。因此提出壁式框架计算模型,对各部分的刚度给出了计算建议,对模拟竖缝剪力墙肢的壁柱,通过对轴压刚度取小值实现竖缝剪力墙不承担竖向荷载的设计原则。对壁式框架模型和两种等效模型进行比较得出:在层数少,剪切变形占主导地位时,壁式框架模型的刚度略小,层数增加,三种模型结果相似。但壁式框架模型能够提供钢框架梁内的真实剪力,并反映钢框架梁变形对抗侧刚度的影响,最后提出在框架柱与竖缝剪力墙之间加设抗剪键以改善钢梁工作性能。     

新型双钢板-混凝土组合墙轴心受压性能研究

该文提出了适用于双钢板-混凝土组合墙的新型剪力连接件。采用槽钢连接的新型双钢板-混凝土组合墙,进行了6片双钢板-混凝土组合墙轴向受压试验,研究了剪力连接件间距和混凝土材料对组合墙体轴心受压性能的影响。结果表明:连接件布置和混凝土材性对组合墙的受压力学性能有较大的影响;连接件间距的增大会降低组合墙的极限承载力和延性,对初始刚度影响较小;超高性能混凝土能显著提升组合墙的抗压承载力和初始刚度,但会导致结构延性降低。同时,该文将组合墙极限承载力试验值与中国标准和欧洲规范中的理论值进行比较,发现基于欧洲规范的承载力设计公式更加安全。     

楼梯间外纵墙一字形墙肢的稳定性问题及处理

高层建筑中,部分剪力墙楼梯间外纵墙两侧仅通过连梁与其它墙肢相连,由于剪力墙先于楼梯施工,该墙肢为无支高度较高的一字形墙肢,存在平面外失稳的可能,从而使结构设计偏于不安全。该文首先根据能量法基本原理,考虑施工完成前和完成后两种工况,建立了一字形墙肢考虑自重时平面外失稳的计算方法,并采用有限元数值模拟验证了该方法的正确性。然后以某高层剪力墙结构为例进行验算,指出楼梯间外纵墙一字形墙肢存在失稳的可能。最后给出了四种处理方法:添加翼缘或风井、梯板分布筋锚入一字形墙肢中整浇、用填充墙替代一字形墙肢及计算时不考虑一字形墙肢承担地震作用,并对上述方法进行了分析。该文认为,取消一字形墙肢,沿层高处布置梁,梁上设置轻质填充墙,则可避免楼梯间一字形墙肢的稳定性问题。该做法施工方便,建议采用。但在地震区,需提高楼梯间轻质填充墙的抗倒塌能力,保证生命通道的畅通。     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙墙板受力性能研究

提出一种由自复位耗能支撑和两边梁连接墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙,对其构造及滞回性能进行介绍。建立有效的有限元分析模型,对两边梁连接墙板在往复荷载作用下的受力性能、受压承载力及墙板对整体滞回的影响进行研究。结果表明,墙板滞回曲线存在捏缩现象,且墙板内产生的屈曲半波越多,捏缩越严重。墙板的平面外变形随宽高比的增大而增大,随高厚比的增大而减小,且受宽高比影响更大,在侧向力作用下,墙板内形成局部拉力带。建立了用于计算墙板内受压应力和受压承载力的公式,当支撑水平剩余恢复力大于墙板受压承载力时,带自复位耗能支撑钢板剪力墙在支撑恢复力的作用下具有很好的复位能力。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土剪力墙的变形性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的抗震性能,在其潜在塑性铰区采用纤维增强混凝土代替高强混凝土,设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,进行了拟静力试验。通过改变纤维增强混凝土区高度、轴压比、纵筋数量、箍筋配箍特征值和水平分布筋数量,研究这种剪力墙的抗震性能。结果表明:这种剪力墙试件的抗损伤能力明显改善;纤维增强混凝土区高度对其变形能力有明显影响;开裂荷载和开裂位移显著提高。根据试验结果,分析了这种剪力墙试件的开裂位移、屈服位移和极限位移,给出了考虑剪切、弯曲变形影响的开裂位移、屈服位移和极限位移的计算公式,公式的预测值与试验值吻合较好。     

混凝土框剪结构的落层倒塌碰撞试验

开展了3 个单层钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构的落层倒塌碰撞试验,具体分为低周反复推拉和单向推覆两个阶段。该文主要介绍第二阶段的试验情况,该阶段重点考察模型结构的落层倒塌模式和相应的碰撞荷载时程及其平面分布。试验结果表明:① 剪力墙面外折断和柱轴压比增大是诱发落层倒塌的重要原因;② 落层倒塌碰撞是一个多体接触的复杂动态过程,碰撞荷载时程包含两组波动;③ 碰撞荷载的大小与碰撞双方材质密切相关,混凝土构件撞击钢板产生的总碰撞荷载最大值是倒塌层及其以上总重力荷载(含楼板和梁的自重、柱和剪力墙自重的一半,以及全部配重)的7.90 倍,而混凝土构件撞击钢-混凝土组合板产生的总碰撞荷载最大值仅为倒塌层及其以上总重力荷载的3.58 倍。     

轴压比对RC剪力墙剪切破坏尺寸效应影响的细观分析

剪切破坏是剪力墙破坏的主要模式之一,借助细观数值分析方法对高宽比为1.0的钢筋混凝土(RC)剪力墙的破坏行为进行了分析,研究了轴压比对不同尺寸剪力墙的破坏模式、抗剪承载力、延性、耗能能力等性能的影响,分析了剪力墙剪切破坏的尺寸效应行为,并揭示了轴压比对名义抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明:不同轴压比作用下的RC剪力墙均发生了明显的剪切破坏,且破坏模式一致;轴压比增大,剪力墙抗剪承载力提高,但延性降低,变形能力下降;随剪力墙尺寸的增大,其名义抗剪强度降低,即存在明显的尺寸效应;轴压比越大,剪切破坏更具脆性,尺寸效应更明显;当剪力墙长度大于1600 mm后,其名义抗剪强度趋于稳定值,尺寸效应逐渐消失。     

多腔钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

为研究高层或超高层大楼中拟采用的多腔钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对其进行拟静力试验及有限元模拟,分析了腔数对该类组合剪力墙的破坏模式、承载力、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化及耗能能力的影响。试验现象表明试件的破坏模式均为上部混凝土压碎、角部钢板屈曲。通过分析试验结果发现,该种类形式的组合剪力墙在较高轴压力作用下仍具有良好的水平变形能力和较强的耗能能力,3个试件的极限位移角平均值为1/61,且单腔长宽比的减小会降低试件的承载力、增加试件延性。通过有限元软件建立的该类组合剪力墙模型证明该计算结果与试验值吻合良好,同时发现当单腔长宽比减小到1.94时,组合剪力墙的极限承载力基本不变。     

局部采用纤维增强混凝土剪力墙压弯性能研究

以提高钢筋混凝土剪力墙压弯性能为目的,将纤维增强混凝土(FRC)应用于剪力墙塑性变形关键部位。通过对6个高轴压比FRC剪力墙抗震性能试验结果的研究,并基于对FRC受力机理和钢套管影响的考虑,提出了与墙体开裂状态、屈服状态、峰值状态和极限状态相应的FRC剪力墙弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段压弯荷载公式的因素进行了分析。研究表明,该文建议的压弯构件弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验值吻合较好;与普通混凝土剪力墙相比,考虑FRC材料的受拉性能,能提高正常使用状态下剪力墙截面的抵抗弯矩,减小墙体截面变形需求;显著改善承载能力极限状态下墙体的变形能力和损伤容限。     

内置碟簧自复位混凝土剪力墙基于性能的截面设计方法

内置碟簧自复位混凝土剪力墙主要由墙体及墙脚两侧的碟簧装置组成,碟簧装置具有较高的抗压能力,卸载后能恢复到变形前的状态,为墙体提供恢复力,减小结构的震后残余变形。为了较好地设计内置碟簧自复位混凝土剪力墙,该文提出基于性能的截面设计方法。定义了四水准下结构的性能目标和损伤状态,直接基于第三水准下的位移目标设计剪力墙截面尺寸,碟簧装置几何尺寸、承载能力和变形能力。根据自复位剪力墙截面的受力分析,推导其承载力理论计算公式,并对设计的内置碟簧自复位混凝土剪力墙进行弹塑性分析。结果表明,按该方法设计的自复位剪力墙具有较好的复位能力,墙体的损伤也得到有效控制,在位移角分别为0.5%和1%时,残余位移角仅分别为0.012%和0.022%,损伤指标分别为0.12和0.21,符合基于性能的设计目标。推导的理论计算公式能很好地评估剪力墙的承载能力,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。