开缝钢板墙抗震性能的试验研究

为了研究开缝形式对开缝钢板墙抗震性能的影响,完成了6组共12片1∶4比例的开缝钢板墙试件的往复加载试验。试验结果表明:开单层竖缝钢板墙的屈曲形态是竖缝间板带的单独扭转屈曲形态(第一类屈曲形态),屈服与破坏集中在竖缝的端部,造成竖缝间板带逐渐断裂,导致试件的刚度与承载力逐渐下降,滞回曲线出现剪切滑移现象;开双层竖缝钢板墙的屈曲是板内对角方向形成斜拉带的整板屈曲形态(第二类屈曲形态),到剪切位移角超过4%,试件的承载力没有出现下降,且滞回曲线相对饱满;竖缝间板带的长宽比越大,试件的抗侧刚度与屈服承载力越低;与开单层竖缝试件相比,开双层竖缝墙板的抗侧刚度与屈服承载力均明显提高。建议的试件初始刚度和承载力理论计算结果与试验得到的结果基本一致。     

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。     

半刚接钢框架内填暗竖缝钢筋混凝土剪力墙结构滞回性能试验研究

为了进一步改善半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构（PSRCW）的抗震性能,将暗竖缝引入PSRCW结构的内填墙中,进行了1榀1∶3缩尺内填墙带暗竖缝PSRCW结构的低周反复荷载试验,研究了带暗竖缝PSRCW结构的破坏机理及滞回性能。试验结果表明：内填墙设置暗竖缝对PSRCW结构的初期刚度影响较小,峰值荷载过后承载力退化缓慢,结构延始性能得到显著改善。带暗竖缝的PSRCW结构通过合理设计可以实现控制结构小震或中震作用下的变形,提供较大的初始抗侧刚度,大震下提供良好的变形能力和耗散地震能量的双重功能。     

钢板墙对方钢管柱-H型钢梁边框抗震性能影响的数值模拟

方钢管柱-H型钢梁边框内填钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙.为研究填充钢板墙对钢框架结构的抗震性能和受力性能的影响规律,该文进行了两层单跨方钢管柱-H型钢梁框架结构和内填带竖缝薄钢板框架剪力墙在单调加载和低周反复加载情况下的ANSYS数值模拟分析,研究对比分析了两种框架结构的承载能力、延性、耗能能力、破坏特征以及破坏机理。结果表明,钢板墙使钢框架的承载能力和初始刚度大幅度提高,同时也具有良好的抗震性能和耗能能力。     

不等高开缝钢板剪力墙屈曲分析

开缝钢板剪力墙具有延性好、耗能性能稳定以及能削弱拉力带效应等优点。剪力墙中开设的竖缝将整个内嵌钢板分割成若干条竖向墙肢,使开缝钢板剪力墙主要通过墙肢的面内弯曲,在墙肢两端形成塑性铰耗能。针对两种不等高类型开缝钢板剪力墙进行屈曲分析,考察开缝斜率对钢板剪力墙屈曲性能的影响。分析结果表明,相对于缝高斜率为零的等高开缝钢板剪力墙,不等高开缝钢板剪力墙的抗侧刚度和极限承载力得到显著提高。"梭型"开缝试件边缘墙肢应力较为集中。"蝶型"开缝试件应力分布较为均匀,特别是缝高斜率为0.39的试件,墙肢几乎同时屈服,能较好发挥中间墙肢耗能性能。     

带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构抗震性能试验研究

为提高装配式钢筋混凝土框架抗震能力,提出带竖缝混凝土墙的装配式消能减震框架结构体系。通过1个消能子结构试件的低周反复加载试验,考察消能子结构和竖缝混凝土墙设计方法的合理性,分析试件破坏模式、滞回性能、承载力、延性、抗侧刚度及变形特征等。通过有限元分析竖缝混凝土墙的抗震性能,研究带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构的受力机理。结果表明：罕遇地震作用下,消能子结构中梁柱轻微损伤,梁柱节点及齿槽连接区钢筋基本保持弹性,结构损伤主要集中于竖缝混凝土墙;消能子结构的极限位移角为1/30,位移延性系数为3.25,变形和耗能能力良好;消能子结构弹性抗侧刚度理论值与试验值相对误差为10.4%;竖缝混凝土墙模拟和规范计算得到的极限位移和特征点荷载吻合较好;竖缝混凝土墙对实体墙两端梁截面产生附加阻尼力,缝间墙斜撑作用使其外侧和中间墙肢发生差异性破坏。建议带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构在多遇和罕遇地震作用下的层间位移角限值分别按1/800和1/100控制;竖缝混凝土墙设计时应考虑斜撑作用,按压弯剪复合受力进行设计,并加强外侧缝间墙墙肢抗剪配筋构造。     

高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构性能分析

近年来,地震灾害频发,传统钢结构建筑震后残余变形大,修复困难,而自复位结构实现了震中微损、震后无需修复或稍加修复即可继续使用的抗震目标,受到国内外学者的广泛关注。近年提出的基于预应力技术和螺栓连接的新型高效装配自复位钢框架结构体系,在与传统自复位钢结构体系相近功能的前提下实现了无需高空张拉、施工周期短的高效装配目标。在此基础上,提出高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构并完成了结构拟静力试验研究。该结构主要由高效装配钢框架和开缝钢板剪力墙两部分组成,通过高强螺栓进行连接以实现高效装配,其中高效装配钢框架由钢柱和预应力钢梁组成,两者通过钢绞线和高强度螺栓进行连接。利用ABAQUS有限元软件对高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构试验进行数值模拟。高效装配钢框架结构中的钢柱、预应力钢梁以及钢板剪力墙等主体构件均采用C3D8R八结点六面体线性单元,预应力钢绞线采用T3D3三维三结点桁架单元,计算模型时考虑几何非线性和材料非线性的影响,数值模拟采用与试验一致的位移加载制度。试验与数值模拟在结构弹塑性层间位移角限值1/50时结束。将数值模拟与试验结果进行对比分析,验证有限元分析方法的可靠性。同时将高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构与没有设置开缝钢板剪力墙的高效装配钢框架性能进行对比,分析了两者的滞回曲线与耗能性能、刚度、自复位能力以及等效塑性应变,进一步研究高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构的抗震性能和开缝钢板剪力墙的作用。结果表明:数值模拟得到的滞回曲线、框架开口宽度等结果与试验结果吻合较好,能很好地模拟出节点开口闭合机制效果;高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构具有良好的开口闭合机制和自复位能力,初始刚度高,耗能能力良好,侧向承载力较高;高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构残余开口较小,试验过程中的最大索力远小于钢绞线屈服索力,高效装配钢框架除了柱脚处有轻微塑性,整体框架基本保持弹性状态,为结构承受更大地震作用提供良好基础。通过对高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构与没有设置开缝钢板剪力墙的高效装配钢框架数值模拟结果进行对比分析可以看出,开缝钢板剪力墙可以有效提高结构的刚度和耗能能力,开缝钢板剪力墙屈曲耗能,很好地保护框架主体结构,从而在震后能够通过更换开缝钢板剪力墙快速恢复主体结构功能。     

屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为改善钢筋混凝土框架结构的抗震性能,将屈曲约束钢板墙作为抗侧力构件和耗能构件,应用于混凝土框架结构形成屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系。通过2个两层单跨缩尺结构模型的拟静力加载试验和有限元模拟,对屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系的滞回性能进行了研究,包括其受力过程、破坏模式、耗能能力、刚度退化和承载力退化等。研究结果表明,屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能,屈曲约束钢板墙不仅能够提高混凝土框架结构的侧移刚度和屈服荷载,还对结构的耗能能力、延性和冗余度等有较大的改善。试验模型的能量耗散系数最大可接近2.0,位移延性系数可达到10.0左右,均比纯钢筋混凝土框架结构有较大提高。基于上述研究结果,提出了屈曲约束钢板墙的滞回模型,与试验结果的对比表明,该滞回模型能够较好地模拟试验模型的受力情况,可用于该类结构的非线性动力弹塑性分析。     

框架-新型带缝钢板剪力墙抗震性能数值分析

蝶形和梭形两种不等高开缝形式的钢板剪力墙可以在提高墙板刚度和极限承载力的同时,保证其耗能性能不降低。本文将这两种新型带缝钢板剪力墙应用于钢框架结构中,采用数值模拟的方法对其滞回性能及耗能性能进行研究,并与内嵌传统等高开缝钢板剪力墙的框架结构进行对比分析。将壁式框架等代模型用于模拟不等高开缝钢板剪力墙受力特性,并将计算结果与ABAQUS壳单元计算结果进行对比。结果表明:相对于传统开缝钢板剪力墙而言,内嵌新型开缝钢板的框架结构的抗侧刚度和极限承载力均有显著提高,且具有良好的耗能性能;柱轴心压力对结构刚度影响不大,且对承载力的影响能控制在20%以内,对耗能性能影响不大,只是导致结构提前丧失工作能力;壁式框架等代模型可以较准确地模拟不等高开缝钢板剪力墙的受力特性。     

带填充墙钢框架结构抗侧力性能试验及理论研究

介绍了7榀钢框架及带填充墙钢框架结构的水平静力及低周反复加载试验。通过测试有墙和无墙钢框架试验模型在侧向力作用下的变形全过程,得到了墙体对钢框架结构强度和刚度的影响,了解了节点的破坏特征及墙体本身的工作性能,得到了有墙及无墙钢框架结构的滞回性能。试验中发现,填充墙体和钢框架之间的连接性能很好,墙体和框架可以共同工作。通过参数分析,给出了结构抗震弹性层间角位移的建议取值为1/350。在理论分析的基础上,提出了填充墙框架体系抗侧刚度简化公式,得到了试验结果的验证。     

冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构的抗震性能,对冷弯薄壁型钢边柱内置薄钢板剪力墙进行低周往复加载试验,对比不同边柱截面厚度及截面形式对其抗震性能的影响。试验中得到了冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、荷载及位移特征值,并对结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载力及刚度退化进行分析。结果表明:冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;增加边柱截面厚度及选用帽形边柱均可提高剪力墙的承载力、刚度及耗能性能。计算3个试件受剪承载力设计值和弹性抗侧刚度,其值均高于常用冷弯薄壁组合墙体的;结合破坏特征提出冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙3个受力阶段;边柱对剪力墙破坏起控制因素,工程设计中应保证边柱承载能力,宜采用"强边柱、弱钢板"的设计理念。     

Experimental Study on Low Cyclic Loading Tests of Steel Plate Shear Walls with Multilayer Slits

A new type of earthquake-resisting element that consists of a steel plate shear wall with slits is introduced. The infill steel plate is divided into a series of vertical flexural links with vertical links. The steel plate shear walls absorb energy by means of in-plane bending deformation of the flexural links and the energy dissipation capacity of the plastic hinges formed at both ends of the flexural links when under lateral loads. In this paper, finite element analysis and experimental studies at low cyclic loadings were conducted on specimens with steel plate shear walls with multilayer slits. The effects caused by varied slit pattern in terms of slit design parameters on lateral stiffness, ultimate bearing capacity and hysteretic behavior of the shear walls were analyzed. Results showed that the failure mode of steel plate shear walls with a single-layer slit was more likely to be out-of-plane buckling of the flexural links. As a result, the lateral stiffness and the ultimate bearing capacity were relatively lower when the precondition of the total height of the vertical slits remained the same. Differently, the failure mode of steel plate shear walls with multilayer slits was prone to global buckling of the infill steel plates; more obvious tensile fields provided evidence to the fact of higher lateral stiffness and excellent ultimate bearing capacity. It was also concluded that multilayer specimens exhibited better energy dissipation capacity compared with single-layer plate shear walls.     

钢板剪力墙抗震性能试验研究

以天津国际金融会议酒店工程为背景对钢板剪力墙的抗震性能进行试验研究。完成了3个4层1∶5缩尺比例的钢板剪力墙试件的拟静力试验。试件主要变化参数包括墙板开洞和中柱设置。试件SPSW-1墙板开洞,试件SPSW-2墙板不开洞,试件SPSW-3带有中柱,且中柱一侧墙板开洞。在钢板剪力墙的墙板上布置了槽形和一字形两种截面形式的加劲肋。试验结果表明：钢板剪力墙结构具有良好的承载力、延性和耗能能力;开洞降低了钢板剪力墙结构的刚度和承载力;中柱提高了钢板剪力墙结构的刚度和承载力;加劲肋可增强钢板剪力墙结构的刚度和稳定承载力,开洞补强效应显著。     

波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙、水平波形钢板-混凝土组合剪力墙以及平钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验,研究了波形钢板-混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力和破坏模式,分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、各阶段特征荷载和位移值等,以及结构的破坏特征、变形和耗能能力、刚度和承载力退化。试验结果表明：波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较大的抗侧刚度、较好的延性和耗能能力;与平钢板-混凝土组合剪力墙相比,波形钢板-混凝土组合剪力墙有较好的界面黏结性能,而平钢板-混凝土剪力墙由钢板变形引起的混凝土剥落严重;波形钢板-混凝土组合剪力墙的初始刚度较平钢板-混凝土组合剪力墙的高,竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和极限位移较水平波形钢板-混凝土组合剪力墙的高,波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力退化和刚度退化比平钢板-混凝土组合剪力墙的慢,表现出较好的受力性能。采用ABAQUS有限元软件可以较好地模拟试验,有限元分析结果表明,波形钢板的应力分布比较均匀,组合作用效应明显,适合在抗震结构中采用。     

内置钢板深梁剪力墙抗震性能试验研究

内置钢板深梁剪力墙是由钢管混凝土柱、柱间钢板深梁、混凝土墙体及其连接构件组成。对5个1/5缩尺的该组合剪力墙模型进行了低周反复荷载试验。试验分两阶段进行,第一阶段试验研究位移角小于1/50试件的抗震性能,第二阶段试验研究第一阶段损伤试件修复后的抗震性能,修复采用剪力墙边框钢管间两侧贴焊薄钢板的方法。分析了各试件修复前后的破坏特征、滞回特性、承载力、刚度退化、位移延性、耗能性能。结果表明：内置钢板深梁剪力墙的钢管混凝土柱、钢板深梁、混凝土墙体及连接构件相互作用,协同受力,具有良好的抗震性能;变形特征具有阶段性,在混凝土和部件连接界面损伤前与整体剪力墙变形接近,在连接界面损伤滑移后与带竖缝剪力墙接近。     

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。     

不同连梁节点构造的联肢钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究不同连梁节点构造时联肢钢板剪力墙结构的抗震性能,制作了3个缩尺比例为1∶3的联肢钢板剪力墙试件。试件中连梁与柱的连接分别采用隔板贯通式焊接节点、穿芯螺栓节点和悬臂梁段-端板节点,竖向边缘构件采用方钢管混凝土柱。对3个试件进行了拟静力试验,得到了联肢钢板剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等指标,分析了结构的延性、耗能能力、承载力及刚度退化等性能。结果表明,各试件位移延性系数均大于5.37,等效黏滞阻尼系数均大于0.211,刚度和承载力退化稳定,承载力退化系数均大于0.91。连梁节点的差异导致各试件的屈服顺序均不相同,采用穿芯螺栓连梁节点的试件,连梁先发生剪切屈服,耗能能力最优;采用悬臂梁段-端板连梁节点的试件,连梁与剪力墙板几乎同时屈服,耗能能力次之;采用焊接连梁节点的试件,连梁因节点焊缝断裂而破坏,试件初始刚度较高,承载力与耗能能力低于其他试件。总体上,各试件的剪力墙板与连梁均发生了较严重的破坏,实现了多道抗震设防的设计目标。     

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。     

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。