双钢板混凝土组合剪力墙试验研究及结构弹塑性时程分析

以16个不同参数的带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙滞回加载试验为基础,研究了不同高宽比、轴压比以及不同约束拉杆间距的组合剪力墙破坏模式,得到了试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线以及位移延性等抗震性能参数,并通过数值计算其与普通钢筋混凝土剪力墙的对比,分析得出组合剪力墙具有比普通剪力墙更好的承载力和延性。同时采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙结构和普通混凝土剪力墙结构进行不同地震作用水平的弹塑性时程分析,对比了二者的层间位移角及构件的塑性耗能,结果表明较之普通混凝土剪力墙,组合剪力墙可以有效的减小结构的层间位移角,降低剪力墙的塑性耗能,提高连梁的耗能比例,对结构抗震更为有利。     

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。     

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。     

高延性混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究及抗剪承载力计算

该文提出采用高延性混凝土（HDC）提高低矮剪力墙的抗震性能,设计并制作了5片剪跨比均为1.0的剪力墙,并通过拟静力试验,分析轴压比、水平分布钢筋及内置钢板对低矮剪力墙的破坏形态、延性和耗能能力的影响。试验结果表明:与高强混凝土剪力墙相比,HDC剪力墙的变形能力明显提高;HDC低矮剪力墙的耗能能力、变形能力随着轴压比的增大而减小,随水平分布钢筋数量的减小而减小;HDC与钢板协同工作提高了低矮剪力墙的承载能力和耗能能力。基于软化拉-压杆模型,并考虑HDC材料的受压软化特性,该文提出了高延性混凝土低矮剪力墙抗剪承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

ECC修复震损剪力墙抗震性能试验研究

该文采用拟静力试验研究了采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)修复后的震损钢筋混凝土剪力墙的抗震性能。先对剪力墙进行了初次拟静力试验,剪力墙呈现剪切破坏,混凝土压溃,脚部钢筋压弯、屈服甚至断裂,然后采用ECC对震损的钢筋混凝土剪力墙进行了修复,随后进行了再次拟静力试验。通过对比分析前后两次试验结果,从剪力墙破坏模式、承载能力、延性、耗能能力、刚度退化、钢筋效用发挥等方面的差异,综合评价ECC用于修复震损剪力墙的有效性。试验结果表明:a) 剪力墙的承载能力基本得到恢复;b) 在保证承载能力的前提下,剪力墙的延性得到提高,改变剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏;c) 提高墙体的耗能能力;d) 避免剪力墙墙脚混凝土的压溃和钢筋的屈曲,依靠ECC与钢筋良好的变形协调性,提高脚部钢筋的利用率。     

多孔蝴蝶形钢板剪力墙的抗震性能试验研究

为了研究多孔蝴蝶形钢板剪力墙的抗震性能,对4个足尺多孔蝴蝶形钢板剪力墙试件进行了低周反复加载试验。在蝴蝶杆腰宽比控制在0.4的前提下,研究了钢板厚度和开孔率对多孔蝴蝶形钢板剪力墙滞回性能、承载力和耗能性能的影响。试验结果表明:多孔蝴蝶形钢板剪力墙具有良好的抗震性能,是一种较理想的抗侧力构件和耗能构件;多孔蝴蝶形钢板剪力墙的最终破坏模式为钢板最外侧蝴蝶杆端部撕裂;随着钢板墙厚度的增大和钢板开孔率的减小,试件的抗侧刚度及承载力增大,耗能量增多。     

沿竖向耗能剪力墙的低周反复荷载试验研究

本文通过九片带竖缝耗能剪力墙和三片普通实体墙的低周反复荷载试验，对比研究了这两类剪力墙的破坏机理、耗能机理，从强度、变形、刚度、耗能四个方面综合评价其抗震性能，并研究了轴压比、穿越橡胶带的钢筋面积对带缝墙的抗震性能的影响，表明了带竖缝耗能墙具有良好的抗震性能。     

矩形钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体结构抗震研究

钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体是一种新型抗侧力部件。该文对不同混凝土强度等级,不同轴压比,不同剪跨比,不同强弱抗剪连接键等设计参数的矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的抗震性能进行了研究。进行了2个普通钢筋混凝土剪力墙和7个矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的低周反复荷载试验,以及2个设置不同形式抗剪连接键的剪力墙节点的低周反复荷载试验。在试验基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征。建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:这种新型组合剪力墙及筒体可有效地将混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大的优势与钢管混凝土柱抗震延性好的优势组合,钢管混凝土边框柱与混凝土剪力墙之间的抗剪连接键能可靠工作。工程应用效果良好。     

钢筋混凝土剪力墙基于变形和滞回耗能非线性组合的损伤演化分析

为研究钢筋混凝土结构的损伤演化规律,提出一种基于变形和滞回耗能非线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型。通过引入组合参数考虑不同损伤状态下构件变形与滞回耗能的权重,该损伤模型能很好的反映变形和滞回耗能的相互影响,有效评估构件在不同破坏状态下的损伤程度。对4片钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验进行数值模拟分析,结果表明:该损伤模型计算的损伤值与试验破坏形态吻合较好,能很好的描述钢筋混凝土剪力墙的损伤演化过程,且能够定量确定构件不同破坏程度的损伤界限;对钢筋混凝土剪力墙进行地震作用下动力时程分析,结果表明,该损伤模型能很好的描述不同峰值加速度作用下剪力墙构件的损伤演化规律,剪力墙损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随着地震强度的增大而增大,损伤值超过限值时构件失效。     

钢筋混凝土剪力墙拉弯受力性能试验和模拟

完成了4个剪跨比为2.0的钢筋混凝土(RC)墙在恒定轴拉力和往复水平力作用下的拟静力试验,研究了RC剪力墙在拉弯受力下的破坏模式、滞回性能、承载力、刚度、变形能力和耗能等。试验结果表明:RC墙试件出现了两种破坏模式,包括弯曲-滑移破坏(竖向钢筋平均拉应力比n_s=0.23~0.63)和弯曲破坏(n_s=0.91);轴拉力显著降低了RC墙的抗侧承载力、刚度和耗能能力,试件HSW4(n_s=0.91)的承载力比试件HSW1(n_s=0.23)的低41%;RC墙试件的极限位移角为1.3%~1.6%,大于GB 50010?2010规定的弹塑性位移角限值1/100。采用实测裂缝宽度和Vecchio-Collins公式计算了沿贯通裂面的抗滑移承载力退化曲线,揭示了试件弯曲-滑移破坏机理。采用有限元软件VecTor2建立了RC剪力墙拉弯受力分析的数值模型,分析结果与试验结果吻合良好,能准确预测试件的破坏模式、刚度和承载力。     

剪力墙结构的竖向阻尼减振研究

提出了竖向布置阻尼器实现剪力墙减振的方法，建立了剪力墙结构竖向阻尼减振体系的计算模型，推导了竖向阻尼减振系统的动力平衡方程，并建立了该体系的能量方程。通过算例，分析了竖向布置阻尼器前后的结构地震反应及耗能效果。     

不同改进形式钢板剪力墙滞回性能研究

钢板剪力墙的构造形式能够改善结构破坏模式、提高耗能能力及延性。为了系统全面地对比不同改进构造形式对钢板剪力墙滞回性能的影响,利用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元数值模型,采用国内外已有拟静力试验,验证数值分析手段能够真实地预测结构的受力行为。通过建立8种不同改进形式的钢板剪力墙模型,对承载性能、滞回性能、退化特性、断裂性能、破坏形态以及耗能能力等问题进行对比分析,探讨不同改进形式钢板剪力墙的延性、平面外变形、拉力场对柱子影响等关键问题,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:通过改变结构的构造形式,能够有效改善结构的滞回性能;在高烈度区需要综合考虑抗震性能、延性、破坏形态、建筑要求以及经济指标选取合适的钢板剪力墙改进构造形式;低屈服点钢板剪力墙由于其材料的特殊性,承载效率较高,耗能能力强,延性优势突出,但需要通过一定的措施抑制提早屈曲,提高侧向刚度。     

带耗能支撑再生混凝土框架-剪力墙结构振动台试验研究

为了研究带耗能支撑再生混凝土框架-剪力墙结构的抗震能力,进行2个框架-剪力墙结构模型的模拟地震振动台试验研究,其中1个为再生粗骨料混凝土普通框架-剪力墙结构,1个为再生粗骨料混凝土带耗能支撑框架-剪力墙结构。对比分析了2个模型不同受力阶段的动力特性、地震反应及破坏形态,结果表明:耗能支撑能明显提高再生混凝土框架-剪力墙结构的抗震能力,使其较好地满足现行抗震设计规范要求。     

波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究

为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明:波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢; ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明:承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考; H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。     

方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙的抗震性能研究

分别对单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙和未开洞薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,对比分析了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的受力机理和破坏机制。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析,并将数值分析结果与试验结果进行对比,研究其抗震性能。结果表明:方钢管混凝土框架内置两侧开洞和未开洞薄钢板剪力墙均具有较高的承载力、良好的耗能能力和刚度,破坏机制符合“弱板强框架”的抗震理念,基本达到双重抗震设防目标。利用有限元足尺模型研究了钢板剪力墙开洞率、轴压比对结构抗震性能的影响,结果表明:开洞率的增大使结构承载力和耗能能力减小,但对刚度退化影响较小;轴压比对结构承载力、滞回耗能和刚度退化等影响很小。     

钢筋混凝土带暗支撑剪力墙抗震承载力研究

本文提出了一种新型抗震耗能剪力墙－钢筋混凝土带暗支撑剪力墙结构,并在试验研究基础上,重点对钢筋混凝土带暗支撑剪力墙结构的抗震承载力进行了分析,给出了该结构承载力的计算公式,计算结果与实例符合较好。     

采用螺栓连接的工字形全装配式RC剪力墙试验研究

采用连接钢框、高强度螺栓将带有内嵌边框的纵横向预制钢筋混凝土（RC）剪力墙连接起来,形成工字形剪力墙。为研究该全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,进行了3榀墙体的单调加载试验和1榀墙体的低周反复荷载试验,分析了该全装配式工字形剪力墙的承载能力、刚度、延性性能、耗能能力、连接件的应变分布以及连接件间的相对滑移等,最后探讨了试件的极限抗剪抵抗机制。研究结果表明:该全装配式剪力墙具有较高的承载能力、较好的延性性能以及耗能能力,位移延性系数约为3~6;高强度螺栓的直径、连接钢框钢板的厚度对装配式剪力墙的抗侧刚度及峰值荷载有一定的影响;内嵌边框既传递了分布钢筋的应力,也起到了约束混凝土、增加RC剪力墙延性性能的作用。     

薄钢板剪力墙结构试验研究及简化模型分析

通过对薄钢板剪力墙结构的低周反复荷载试验研究,分析了结构的受力机理、变形破坏模式、滞回曲线、延性指标、耗能能力等抗震性能指标。针对非加劲薄钢板剪力墙屈曲后受力性能,基于刚度等效、柱最大轴力等效和柱最大弯矩等效,提出一种构造简单又能考虑对边柱不利影响的三拉杆模型TSM(Three Strip Model),并与SM模型,精细有限元模型及试验结果进行了对比,结果表明,TSM模型具有很好的精度,可供工程设计应用。     

底层框架多层砖房弹塑性动力分析

本文针对底层框架多层砖房抗震能较差的问题，提出了底层设置劲性钢筋混凝土剪力墙的改进方案，通过劲性钢筋混凝土剪力墙在低周反复荷载下的试验，得到了其恢复力模型，并用弹塑性动力分析方法对改进方案和采用普通钢筋混凝土剪力墙的方案进行了计算，计算结果表明，前者可以明显改善底层框架多层砖房在强震作用下的受力性能，大幅度减小底层变形集中，即使房屋的层数超过现行规范的允许层数，其破坏程度也较后者为轻。     

夹板木剪力墙的抗侧力性能试验

为研究不同构造形式对夹板木剪力墙抗侧力性能的影响,对8片夹板木剪力墙试件进行了水平抗侧力试验,其中1片为单调加载,7片为低周反复加载,试件参数包括墙肢长度、墙骨柱间距、墙面板厚度以及钉间距。根据试验现象和由试验数据对比分析了各试件的破坏模式及抗剪强度、抗侧刚度、变形能力、刚度退化和耗能等性能指标,结果表明,端部墙骨柱在抗拔锚栓顶部的受拉断裂是导致夹板木剪力墙整体破坏的最主要原因;墙面板的厚度决定了边缘墙骨上钉连接的破坏模式,是影响夹板木剪力墙抗侧刚度和极限位移的重要因素;合理减小钉间距能明显提升墙体的强度、刚度及耗能,但不宜小于75/150 mm,否则易造成顶梁板和底梁板的劈裂破坏;墙骨柱间距及墙肢长度的变化则对其抗侧力性能的影响较小。夹板木剪力墙具有优异的抗侧力性能,可应用在更高抗侧力需求的中高层木结构建筑中。