加劲肋钢板剪力墙弹性临界屈曲应力有限元分析

主要的研究对象为不同边框连接条件下、高厚比在400～800范围内的纵横加劲肋薄钢板剪力墙弹性屈曲性能分析.研究表明,加劲肋钢板剪力墙的屈曲均为相关屈曲,〈高层民用建筑钢结构技术规程〉（JGJ99-98）在特定条件下过高估计了纵横加劲肋钢板剪力墙的弹性屈曲承载力.本文提出了设计建议.     

全加劲两侧开缝钢板剪力墙弹性屈曲研究

采用有限元方法对全加劲两侧开缝钢板剪力墙在面内水平荷载作用下的弹性屈曲临界荷载、屈曲模态进行了研究。对影响其弹性屈曲性能的参数进行了分析,包括两侧和中部加劲肋与墙板的刚度比、两侧和中部加劲肋宽厚比以及墙板高厚比和边长比。给出了全加劲两侧开缝钢板剪力墙加劲肋的弹性屈曲设计参考公式,为开缝钢板剪力墙的应用提供依据。     

竖向加劲钢板剪力墙门槛刚度研究

为研究设置竖向加劲肋的钢板剪力墙的弹性屈曲性能,采用有限元法对竖向加劲钢板剪力墙弹性屈曲性能进行研究,分析加劲肋的刚度、加劲数量和钢板高宽比等因素的影响。研究表明:设置竖向加劲能有效提高钢板墙剪切临界应力,钢板高宽比、加劲肋数目和加劲肋抗弯刚度均对钢板剪力墙屈曲系数有较大影响。提出加劲肋门槛刚度的判定标准和计算公式,该判定标准考虑了加劲肋扭转刚度的影响。与有限元结果的比较表明,具有较好的精度,且明显优于文献结果。     

开洞钢板剪力墙洞口加劲肋性能研究

采用ABAQUS软件对中部开洞、一侧开洞及两侧开洞的钢板剪力墙进行了数值分析。对不同开洞形式的钢板剪力墙进行了弹性屈曲分析和非线性滞回分析,研究了洞口加劲肋刚度、强度对开洞钢板剪力墙性能的影响。研究结果表明:增大加劲肋刚度,可提高开洞钢板剪力墙的弹性屈曲应力,当肋板刚度比超过所提出的下限时,加劲肋对开洞钢板剪力墙屈曲应力的提高幅度降低;宽高比较大时,加劲肋对开洞钢板剪力墙屈曲应力的提高更加显著,在相同的肋板刚度比条件下,宽厚比不同的开洞钢板剪力墙屈曲应力的提高幅度基本相同。建议中部开洞、一侧开洞及两侧开洞钢板剪力墙的肋板刚度比下限分别取30,15和25。滞回分析结果表明:肋板刚度比对开洞钢板剪力墙弹性刚度、承载力和耗能能力影响较小。加劲肋强度过低时,无法充分发挥钢板剪力墙屈曲后的拉力场作用。按所提出的强度验算公式设计的加劲肋,可为开洞钢板剪力墙拉力场提供可靠锚固,确保拉力场充分发展。     

交叉加劲钢板剪力墙弹性屈曲研究

用有限元方法对交叉加劲钢板剪力墙的弹性屈曲性能进行了研究,重点研究了加劲肋与墙板的刚度比、墙板高厚比、边长比以及加劲肋宽厚比等对弹性屈曲系数k的影响,同时与十字加劲板的抗剪屈曲性能进行了对比。研究结果表明,设置交叉加劲肋能显著提高钢板剪力墙的弹性屈曲荷载;屈曲系数k随着墙板边长比、高厚比以及加劲肋宽厚比的增大而趋于减小;本文给出的交叉加劲板弹性屈曲系数k的计算公式与有限元法的结果较吻合。     

竖向交替加劲肋对大宽高比钢板剪力墙抗震性能的影响研究

为了研究加劲肋对大宽高比钢板剪力墙抗震性能的影响,参考实际工程的墙板宽高比,基于ABAQUS构建了钢板剪力墙的精细化非线性数值分析比对模型。模型包括非加劲钢板剪力墙和竖向交替加劲钢板剪力墙两种,比较分析了二者的屈曲特征、抗剪性能、滞回性能、应力发展与变形分布等行为,明确了竖向交替加劲肋对大宽高比钢板剪力墙抗震性能的影响规律。结果表明：竖向交替加劲肋可有效延缓墙板的面外屈曲,提高墙板的弹性屈曲荷载;竖向交替加劲钢板剪力墙滞回性能优异,墙板拉力带分布更加均匀,拉力带水平分量对柱引起的附加弯矩较小,墙板呈现出中厚板的工作特性。     

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%。     

两边连接交叉加劲钢板剪力墙弹性屈曲分析

采用ANSYS有限元软件对两边连接交叉加劲钢板剪力墙进行了弹性屈曲分析,重点研究了加劲肋与墙板的刚度比、墙板高厚比、边长比以及加劲肋宽厚比对弹性屈曲系数的影响,并将分析结果与十字加劲板进行了比较.研究表明,交叉加劲肋能够显著提高钢板剪力墙的弹性屈曲荷载,其远大于十字加劲肋;随着墙板边长比和高厚比的增大,屈曲系数趋于减小;而较小的加劲肋宽厚比能使墙板获得较大的屈曲系数;最后给出了两边连接交叉加劲板弹性屈曲系数的计算公式.     

两侧边开缝钢板剪力墙弹性屈曲分析

提出一种新型的两侧边开缝的钢板剪力墙,并对其两侧边有无加劲肋的两种结构形式进行有限元弹性屈曲分析,分别讨论其临界屈曲荷载和屈曲模态.对两侧无加劲肋的钢板剪力墙,给出用于其设计的屈曲系数公式,对两侧有加劲肋的钢板剪力墙给出具有参考价值的设计建议.     

双向加劲钢板剪力墙在纯剪作用下的弹性稳定性研究

在前人研究基础上,通过施加多道具有抗扭刚度的竖向槽钢加劲肋,然后再加1道没有抗扭刚度的横向板条加劲肋,对双面双向加劲的钢板剪力墙进行大量有限元弹性屈曲分析,最后提出钢板剪力墙弹性屈曲临界剪切应力和加劲肋门槛刚度的计算公式。数值计算结果表明:公式具有良好的精度,并且偏安全;影响加劲肋门槛刚度的关键因素是钢板剪力墙小区格宽高比、竖肋数目以及横竖肋板厚比。     

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。     

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。     

水平加劲钢板剪力墙承载性能试验研究

加劲钢板剪力墙结构是一种适合工业化生产的新型抗侧力构件。为考察水平加劲钢板剪力墙的受力性能,分别对两榀1/3水平加劲模型试件进行推覆和低周反复荷载试验,研究水平加劲钢板剪力墙的变形性能,分析结构滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等。研究结果表明:水平加劲钢板剪力墙的抗侧刚度较高、耗能能力好、延性系数大于3、承载力退化缓慢。钢板剪力墙水平加劲肋门槛刚度的确定应基于钢板剪力墙弹塑性分析。     

加劲钢板剪力墙抗剪性能分析

利用ANSYS有限元软件对交叉加劲钢板剪力墙的抗剪性能进行了研究,重点分析了肋板刚度比和加劲肋宽厚比对剪力墙荷载—位移曲线的影响。研究表明,设置交叉加劲肋能够显著提高钢板剪力墙的承载能力;肋板刚度比对于厚板和薄板抗剪性能的影响不同,对薄板的影响大于厚板;然而无论是厚板还是薄板,加劲肋宽厚比对于墙板荷载—位移曲线的影响都很小。     

Transverse-stiffener requirements for the post-buckling behaviour of a plate in shear

The optimum stiffener rigidity in a transversely-stiffened web under pure shear is sought in the post-critical range. An energy-based large-deflection scheme is employed to study the post-critical strength of the system up to the initiation of material yielding for the usual range of plate geometries and varying stiffener rigidities. Several criteria for “optimum” rib stiffness are assessed including stiffener deflection, the effective halving of the plate length and, finally, the strength of the plate itself. Tentative conclusions are reached on the basis of comparing optimal rib rigidities for the two instances of elastic and post-buckling regimes.     

钢板剪力墙震后型钢斜劲修复结构的抗震性能研究

为研究钢板剪力墙结构在遭遇震害后的修复方法和修复后结构的抗震性能,对一榀缩尺比1∶3的单跨两层薄钢板剪力墙进行原始结构和修复结构低周往复荷载试验研究,在原结构加载结束后对受损结构采用型钢斜加劲肋的方法进行原位修复,研究钢板剪力墙震后型钢斜劲修复方法的有效性和修复后结构的抗震性能。同时,采用有限元软件ABAQUS模拟修复过程,进行修复结构与未修复结构二次遭遇低周往复荷载作用的性能对比研究,以及修复结构中型钢斜肋的肋板刚度比参数分析。研究结果表明:在设防地震阶段采用斜劲修复后,结构内嵌钢板面外变形得到有效恢复,斜劲修复与加固方法可行,同时有限元的"生死单元"法也可较好地实现修复过程的模拟;修复结构的承载力、弹性刚度和能量耗散量显著提高,分别相较未修复结构的提升12.06%、36.57%和57.72%;同时,斜劲修复有效减小了内嵌板的面外变形量,变形量较未修复结构降低37.69%,斜劲修复用肋的肋板刚度比阈值可选用50,即为传统纵横加劲钢板剪力墙竖向肋板刚度比的限值。     

Strengthening of perforated plates under uniaxial compression: Buckling analysis

This paper focuses on the cutout-strengthening of perforated steel plates subjected to uniaxial compressive loads. The square plates considered each has a centrally placed circular hole and four simply supported edges in the out-of-plane direction. Four types of stiffeners named ringed stiffener (RS), flat stiffener (FS), longitudinal stiffener (LS) and transverse stiffener (TS) are mainly discussed. The finite element method (FEM) has been employed to analyse the elastic and elasto-plastic buckling behaviors of strengthened and unstrengthened perforated plates. The results show that the strengthened perforated plates have higher buckling strengths than those of the unstrengthened ones, while the elevations in elastic buckling stress and elasto-plastic ultimate strength are closely related to stiffener types (i.e., RS, FS, LS and TS) as well as plate geometric parameters (i.e., a plate slenderness ratio and a hole diameter ratio). Furthermore, comparisons of strengthening efficiency considering the variations of buckling stress with stiffener weight are carried out, and recommendations on the most efficient cutout-strengthening methods for the uniaxially compressed perforated square plates with centric circular holes are proposed.