考虑竖向荷载的波形钢板剪力墙力学性能研究

为了探明波形钢板剪力墙在竖向和水平荷载共同作用下的力学性能,采用ABAQUS软件建立了24个波形钢板剪力墙模型,进行非线性推覆分析和滞回分析,研究竖向荷载对波形钢板剪力墙抗侧性能和滞回性能的影响机理,分析边柱-内嵌板刚度比对波形钢板剪力墙力学性能的影响。研究结果表明:边柱在竖向荷载和水平荷载共同作用下会发生底部变形和失稳破坏,竖向荷载对波形钢板剪力墙的力学性能有不利影响;波形钢板剪力墙的边柱-内嵌板刚度比增大,剪力墙延性性能和滞回性能提升,反之则降低;边柱-内嵌板刚度比提升到1 000 m3后,刚度比的增加对波形钢板剪力墙力学性能的影响不再明显,剪力墙柱板刚度比合理的取值范围约为500～1 200 m3。     

半刚性部分组合框架-钢板剪力墙抗震性能试验研究

在钢框架-钢板剪力墙结构体系中,以部分填充混凝土型钢柱替代纯钢柱,形成半刚性部分组合框架-钢板剪力墙体系,为研究其抗震性能,通过一榀缩尺比为1∶3的单跨3层半刚性部分组合框架-钢板剪力墙的拟静力试验研究,并与已有的半刚性钢框架-钢板剪力墙试验做对比,分析了二者承载力、滞回性能、柱变形和破坏模式等方面的差异,同时采用理论对比分析了钢柱和考虑横向系杆作用的部分填充混凝土型钢柱局部屈曲承载力差异,以及横向系杆和部分填充混凝土对钢柱及双重抗侧力体系的作用效应。研究结果表明,该双重抗侧力体系协同工作性能良好,滞回性能稳定,整体位移延性系数可达3.42。以部分填充混凝土型钢替代纯钢柱,抑制了框架柱的局部屈曲和平面外的整体失稳,为内嵌钢板提供了足够的锚固刚度,从而充分发挥了钢板剪力墙的承载能力、延性和耗能能力。相较于纯钢柱框架-剪力墙体系,部分组合框架-剪力墙结构整体位移提高58.6%,一层柱的整体内凹变形角降低40.9%,实现了钢板剪力墙平面内的合理破坏模式,形成了"强框架,弱墙板"、"强柱弱梁"的钢板剪力墙体系。     

新型双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析研究

针对栓肋混合拉接的新型双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能进行了有限元分析。该剪力墙面层钢板间通过肋板及栓钉连接,中间填充混凝土。基于ABAQUS有限元分析软件建立了该剪力墙的精细化有限元模型。详细研究了钢板厚度与是否布置抗剪栓钉对该剪力墙在水平低周往复荷载作用下的滞回性能的影响。结果表明:新型双钢板混凝土组合剪力墙滞回曲线饱满,没有捏缩现象发生,整体构件抗震性能良好,具有较好的延性。钢板厚度的增加使截面含钢量提高,承载力和刚度明显提升,耗能能力增强;布置抗剪栓钉提高了试件加载后期的强度,延缓了试件在破坏阶段承载力下降过程的出现,提高了延性。     

组合钢板剪力墙受剪性能分析

改进型组合钢板剪力墙(I-CSPW)和防屈曲钢板剪力墙(BR-CSPW)均由边缘框架、钢板和与钢板用螺栓连接的混凝土板构成,但BR-CSPW在混凝土板上预留了比螺杆直径大的孔。进行了两种组合钢板剪力墙的低周反复加载试验,研究了I-CSPW和BR-CSPW在水平往复荷载作用下的破坏模式、承载力、抗侧刚度、耗能能力和延性。利用ABAQUS软件建立有限元模型,通过变化钢板和混凝土板的厚度,考察两种组合剪力墙在水平荷载作用下的承载力、抗侧刚度及混凝土损伤的差异。结果表明,随着钢板厚度增大,I-CSPW的混凝土板损伤发生时间提早,损伤程度增大。相反,钢板厚度的增大却能延迟BR-CSPW的混凝土板破坏。为抑制钢板屈曲,BR-CSPW所需的混凝土板厚度较I-CSPW小。     

工字形加劲肋带缝钢板剪力墙破坏机理及其经济性分析

工字形加劲肋带缝钢板剪力墙具有延性好、耗能能力强等优点,可有效避免钢板剪力墙对框架柱产生附加荷载而导致相邻框架柱过早发生破坏。对带缝钢板剪力墙以及工字形加劲肋带缝钢板剪力墙的弹性屈曲特征、滞回性能、应力、应变分布规律等力学性能进行了对比分析。结果表明,工字形加劲肋带缝钢板剪力墙的屈曲临界荷载为无加劲肋带缝钢板剪力墙屈曲临界荷载的2.15倍;工字形带缝钢板剪力墙的滞回曲线稳定且饱满,强化阶段被充分发挥,其抗侧承载力、延性及耗能能力显著提高;工字形加劲肋带缝钢板剪力墙用钢量系数比无加劲肋带缝钢板剪力墙降低了16%。     

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。     

双波形钢板剪力墙滞回性能研究

为研究双波形钢板剪力墙的滞回性能,利用有限元软件ABAQUS分别建立单波形钢板剪力墙与双波形钢板剪力墙的有限元模型,对2种波形钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,研究了内嵌波形钢板的设计参数对双波形钢板剪力墙滞回性能的影响规律,给出了波形钢板设计参数的取值建议。结果表明:与单波形钢板剪力墙相比,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力及耗能能力均提高,但其延性有一定程度的降低; 内嵌波形钢板的厚度与波形几何尺寸是影响双波形钢板剪力墙滞回性能的关键参数,随着厚度的增大,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力、耗能能力及延性均提高; 随着波长的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度提高,但承载能力及耗能能力降低; 随着波幅的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度降低,但承载能力及耗能能力均提高。     

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。     

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。     

波折钢板剪力墙滞回性能与内嵌墙板优化选型

相比普通平钢板墙，梯形波折钢板剪力墙在合理设计下具有更优越的滞回性能，其中内嵌波折墙板的优化选型是抗侧力体系的设计关键。为此，通过低周往复加载试验研究了梯形波折钢板剪力墙的抗侧受力变形过程及破坏形态，并验证了有限元方法的可行性。为了得到典型波折墙板的抗侧机制影响因素，研究了墙板屈服点、高(宽)厚比、波长、波形及波折角度等对内嵌墙板滞回性能的影响，在数值算例基础上，提出了墙板的滞回优化选型表及设计建议。试验研究发现，梯形波折钢板墙试件在内嵌墙板屈曲后其水平荷载仍可继续增加，具有良好延性变形能力。数值分析结果表明：当波折墙板的几何尺寸设计不当时，表现出不稳定的屈曲后承载能力、较差的延性和耗能能力，应在初步选型设计中予以避免；由于往复加载下的累积面外残余变形，波折墙板在往复加载下的承载力和延性显著低于单向推覆下的；降低钢材屈服点，选用最优波长和临界波形比，合适的波折方向以及增加波折角度，能够有效提高往复加载下的抗侧承载能力。提出了滞回性能优化选型建议，能够实现波折墙板面内剪切屈服的抗侧机制，使内嵌波折墙板达到良好的抗侧承载力、延性和耗能能力。     

波形反对称软钢阻尼器力学性能试验研究

设计了一种波形软钢阻尼器，针对其滞回力学特性和耗能减震能力，进行了2个波形钢板不同放置形式的波形软钢阻尼器的拟静力试验,试验结果表明波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力。其中由于竖向波形软钢阻尼器在水平方向会产生拉压应力场，压缩刚度大，导致其滞回性能和延性均比水平波形软钢阻尼器的差。在整个试验加载过程中，未出现焊缝撕裂现象，说明二氧化碳保护焊可以很好地保证阻尼器整体结构承载和变形能力。利用ABAQUS有限元分析软件建立6个波形软钢阻尼器模型，以试验中的水平波形软钢阻尼器作为基本模型，钢板厚度和波角两个因素作为变量，进行数值分析，结果表明:模拟分析与试验结果吻合较好；当钢板波角为60°时，波形软钢阻尼器力学性能最优；钢板厚度过大会使阻尼器角部应力集中，过早产生局部屈曲，而厚度偏小会使得阻尼器的耗能能力和承载能力不佳，钢板厚度取值6 mm时力学性能最佳。     

不同屈曲约束形式的钢板剪力墙往复剪切性能试验

为研究不同冷弯薄壁型钢屈曲约束形式的钢板剪力墙的往复剪切性能,剥离框架对钢板剪力墙结构抗侧力的贡献,单独对3个不同屈曲约束形式的钢板剪力墙结构试件和1个纯钢板剪力墙结构试件进行了拟静力试验研究,并通过试验与理论分析揭示了不同屈曲约束形式的钢板剪力墙在往复剪切作用下的力学性能与失效机理。结果表明:冷弯薄壁型钢对钢板剪力墙的面外变形具有较好的约束作用,显著提高了钢板剪力墙的耗能能力、延性和承载力; 竖向屈曲约束构造形式对钢板剪力墙的耗能能力提高效果最好,其次是水平约束形式,最差是45°斜向约束形式; 对于带45°斜向约束的试件而言,由于约束形式非轴向对称,其承载力在推、拉方向上表现出明显的差异,即在拉力带垂直于冷弯薄壁型钢约束时,其承载力更高。     

格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验

制作了3榀格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙试验试件,并开展组合剪力墙的低周反复水平荷载试验,绘制出了试件的滞回曲线及骨架曲线。结果表明:格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙具有承载能力高、延性好和耗能能力强等优点;新型组合剪力墙可充分发挥格栅式钢墙板和管内混凝土的材料性能,管内混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度和延性,外侧钢墙板承担全部拉应力,管内混凝土承担全部压应力,协同工作优势互补;在1/25 rad位移角状态下循环加载80次,新型组合剪力墙塑性铰区域的管内混凝土没有明显的损坏,试验全过程没有任何异响,说明新型组合剪力墙在罕遇地震时也具有良好的工作性能和抗震延性;格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙可实现高轴压比、高延性和薄墙厚的抗震剪力墙设计要求。     

改进型组合钢板剪力墙有限元分析与研究

为改进型组合钢板剪力墙设计了合理的有限元模型,对纯钢板和3种不同混凝土板厚度以及3种跨高比的组合墙进行了有限元对比模拟分析.结果表明：两侧混凝土板对组合墙的承载力影响不大但可提高其后期刚度,并可有效限制钢板的出平面屈曲;同时,随着跨高比的增大,结构整体承载力有所提高.在此基础上,比较了几组模型的抗剪承载力性能,以及预制墙板对其屈曲荷载的影响,并给予建议的简化模型.可以看出,改进型组合钢板剪力墙有较好的延性以及耗能性能,能充分利用材料的性能.     

盖板加强斜加劲钢板剪力墙受力性能

提出一种新型抗侧力体系——盖板加强斜加劲钢板剪力墙,运用有限元软件ANSYS15.0对斜加劲钢板剪力墙(DSW)、单侧盖板加强斜加劲钢板剪力墙(CSW-1)、双侧盖板加强斜加劲钢板剪力墙(CSW-2)结构进行单调加载、循环加载以及屈曲荷载研究,得到结构的荷载-位移曲线、滞回曲线、耗能能力、骨架曲线、屈曲系数、屈曲荷载等,对比分析了加强盖板斜加劲钢板剪力墙结构的受力性能。结果表明:单调加载条件下,加强盖板的存在提高了斜加劲钢板剪力墙的承载力和初始刚度,且双侧加强比单侧加强更优; 循环加载条件下,加强盖板使得盖板加强斜加劲钢板剪力墙的滞回曲线更加饱满,刚度退化更缓慢,表现出良好的延性,且双侧盖板加强效果比单侧加强效果明显; 斜加劲肋对内填钢板的平面外变形约束明显,盖板对加劲肋的平面外约束明显,可以在较小的用钢量下获得较大的弹性屈曲荷载增幅,是十分有效的加强方式,综合考虑加劲肋与加强盖板对结构弹性屈曲荷载的影响,建议肋板刚度比取30,盖板相似比取0.5。     

半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙抗震性能研究

在半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙体系中,半刚性框架和内填钢板均具有很好的延性和耗能性能,两者协同工作进行抗侧以防止结构在地震作用下破坏。为深入研究半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙的力学性能,采用ANSYS有限元分析软件对结构进行数值分析,并考察框架节点形式,内填钢板高宽比、高厚比,柱轴压比和肋板刚度比等一系列参数对结构滞回性能的影响。根据内填钢板中心点在循环荷载作用下的面外变形,研究半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙的屈曲性能和受力机理。     

两边连接屈曲约束钢板剪力墙受力机理与等效支撑模型

采用理论分析和有限元方法,针对两边连接屈曲约束钢板剪力墙的受力机理和传力规律进行研究。提出了钢板墙边缘约束区的概念并确定了边缘约束区的宽度,分析了钢板墙的屈服形状、钢板墙内各部分应力流的分布规律和钢板墙与梁连接处的受力特点等。在此基础上提出了两边连接屈曲约束钢板剪力墙等效支撑模型,对不同尺寸、不同层数的框架 屈曲约束钢板剪力墙结构和框架 等效支撑结构在水平荷载作用下的力学性能进行分析,并对两种结构的荷载 位移曲线进行了对比。分析表明,所提出的等效支撑模型在结构刚度和承载力方面具有较好的准确性,无论是单调加载还是反复加载均能准确地模拟两边连接屈曲约束钢板剪力墙结构的受力行为。