箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙有限元分析和抗剪承载力计算式

为了建立箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙的抗剪承载力计算式,在前期试验研究的基础上,设计了16个模型试件,对影响组合钢板墙抗剪承载力的关键参数进行了有限元分析,探讨了钢板墙的高厚比、肋板刚度比等对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度退化等。结果表明:墙板的高厚比越大,钢板越容易产生面外屈曲形成拉力带,滞回曲线捏缩越明显,屈服承载力和极限承载力越低。高厚比越小,组合钢板墙的抗侧刚度越大,但在受力后期,刚度退化速度较快。肋板刚度比对初始弹性刚度和滞回性能的影响不明显。基于分析结果,提出了组合钢板墙的合理破坏模式,并通过参数分析和回归分析,得到了组合钢板墙的抗剪承载力计算式。算例分析表明:所提计算式可用于计算组合钢板墙的抗剪承载力。     

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。     

蝴蝶形钢板墙抗震性能研究

为更加充分利用钢材屈服耗能,同时降低带缝钢板墙在开缝端部应力集中以及受力不利因素等引起的低周疲劳影响,提出一种新型蝴蝶形钢板墙作为耗能构件,并为整体结构提供一定的抗侧刚度。通过简化假定建立钢板墙初始水平刚度并利用Abaqus有限元软件验证了初始理论公式的合理性。以蝴蝶杆高厚比和蝴蝶杆宽厚比作为主要参数,进行了滞回性能的分析。研究结果表明:随着蝴蝴蝶杆高厚比的减小,承载力和弹性初始刚度都有所增加,钢板墙的滞回曲线趋向饱满,耗能性能逐渐增强;宽厚比减小时,承载力和弹性刚度都有不同程度的减小,等效黏滞阻尼比较大,耗能性能增加;当宽厚比为150/8时,钢板墙基本满足在2%弹塑性层间位移角限制前充分耗能,2%以后捏缩耗能,并且捏缩后承载力降低,有效减少对框架梁的作用,从而保护主体框架,此外,研究也表明初始缺陷幅值较小时,承载力所受的影响也较小。     

槽钢加劲钢板剪力墙受力性能研究

竖向槽钢加劲钢板剪力墙由内嵌钢板、边缘构件和墙板两侧对称布置的竖向槽钢加劲肋组成。槽钢加劲肋具有较高的抗弯、抗扭刚度,可为墙板提供有效的面外约束和轴向支撑作用。利用有限元分析软件ABAQUS对槽钢加劲钢板墙进行屈曲分析和静力弹塑性分析,研究槽钢距边缘构件距离、钢板宽厚比、高厚比、肋板刚度比和柱刚度对钢板墙及边缘构件力学性能的影响。结果表明,槽钢加劲肋至边缘构件的距离主要影响钢板墙的平面外变形,对钢板墙屈曲应力和承载力的影响较小。槽钢加劲肋可以有效提高墙板的屈曲应力。随着宽厚比和高宽比的减小,结构的承载力和刚度均显著提高。增大肋板刚度比可提高钢板墙的初始刚度和屈曲应力,肋板刚度比应大于20。为避免边框柱变形过大或过早破坏,边框柱应具有足够的刚度,增大柱刚度可以提高钢板墙的初始刚度,减缓墙板刚度的退化。     

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。     

钢板混凝土组合墙体局部稳定性轴压试验研究

进行了4个应用于核电工程的钢板混凝土组合墙轴压试验,试验设计中主要考虑距厚比参数的不同。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、钢板的荷载-屈曲曲线。分析结果表明：钢板的屈曲对试件整体刚度影响不明显,栓钉能有效地保证钢板和混凝土协同工作;随着距厚比变小,试件极限承载力有所提高,钢板的屈曲应变变大。在试验分析基础上,给出了组合墙体的初始刚度和极限承载力的经验公式,导出了适合钢板弹性屈曲应变的理论公式。     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合加劲钢板墙-抗震性能分析

箱板式钢结构是一种直接采用加肋钢板作为承重墙和楼板的箱式结构。为提高加劲钢板墙(SSPW)的抗震性能,在墙体外侧设置网格加劲板构成组合加劲钢板墙(CSPWs)。进行了3个1/3缩尺比例的加劲钢板墙试件的拟静力试验,研究参数包括是否设置网格加劲板、网格加劲板与墙体钢板之间能否相对滑动。分析了加劲钢板墙试件的破坏过程、破坏模式、承载力和变形性能等。同时建立有限元分析模型,研究轴压比、高厚比等对墙体受力性能的影响。试验研究表明：组合加劲钢板墙具有较高的承载能力和稳定的滞回性能;设置网格加劲板能有效抑制墙板的面外变形,显著提高抗侧刚度、承载力和耗能能力;网格加劲板与墙体钢板之间能相对滑动,可使试件耗能和位移延性系数分别提高42.4%和39.6%。有限元分析表明：峰值荷载随轴压比和墙板高厚比的增大而降低;当轴压比不大于0.6且高厚比介于300~500时,组合加劲钢板墙峰值荷载大于按JGJ/T 380—2015《钢板剪力墙技术规程》中全截面塑性理论计算的承载力,结合墙板面外变形情况,建议轴压比不大于0.6、墙板高厚比取300~400。     

连接件对钢板混凝土组合墙轴压性能影响试验

为研究连接件形式不同对钢板混凝土组合墙受力和变形性能的影响,进行了4个双钢板混凝土组合墙试件(栓钉和对拉螺栓比例不同)的轴压试验和有限元数值模拟。结果表明：4个试件均为脆性破坏,除试件DSW-12外,破坏过程基本相同,均为外钢板屈服、面外局部屈曲、形成贯通屈曲,混凝土压碎,侧焊缝拉开,试件丧失承载力。钢板首次出现屈服或面外局部屈曲时对试件整体刚度影响不大。对拉螺栓的相对比例对双钢板混凝土组合墙的轴向受压刚度、承载力、钢板的局部屈曲荷载和破坏形态影响不大;但对面外局部变形有抑制作用。相同截面、距厚比试件,采用对拉螺栓的比例越高,破坏时钢板局部屈曲变形越小。     

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。     

十字加劲钢板剪力墙的抗剪极限承载力

我国《高层民用建筑钢结构技术规程》规定了钢板墙剪切弹性屈曲不先于剪切屈服,其明显的不足是没有利用板的屈曲后强度,同时弹性屈曲也不能作为结构在弹塑性阶段的设计指标。本文应用板的大挠度弹塑性有限元方法对十字加劲方形钢板剪力墙的屈曲后性能和极限承载力进行了系统的研究,并在大量数值分析的基础上,提出了以板的平均剪切应变相应的剪应力作为钢板剪力墙承载能力的极限状态,以达到利用薄板屈曲后强度的目的,进而提出了钢板剪力墙承载力的设计简化计算公式及钢板墙侧柱刚度阈值的计算公式,供设计参考。数值计算结果表明,影响钢板墙抗剪性能主要有三个参数:板高厚比、肋板刚度比和边柱刚度。     

设分配梁与内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对7个按1∶5缩尺的设置分配梁加内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱试件进行拟静力试验研究,考察了轴压比、长细比、管壁宽厚比及纵向T形加劲肋等因素对此类构件抗震新能的影响。研究结果表明,管壁宽厚比大于60的试件,在达到极限荷载之前（约为极限荷载的63%）发生管壁局部屈曲,延性较差;设置T形加劲肋可有效减小管壁宽厚比,提高管壁局部屈曲强度,改善试件的延性性能及耗能能力;试件位移延性系数随轴压比和试件长细比的增大而降低,刚度退化越明显;在低周反复荷载作用下,同时设置分配梁与内环板传力构造的钢管混凝土柱试件破坏时的位移角超过了规范规定的弹塑性层间位移角限值,满足抗震设计要求,且钢管与核心混凝土变形协调,相应的截面属性和压弯承载力可按平截面假定计算。     

梁转动对屈曲约束开缝钢板剪力墙受力性能影响试验研究

分别采用可以为墙体提供不同上下边界约束条件的加载框架,对2个单层单跨屈曲约束开竖缝钢板剪力墙试件进行拟静力试验,研究不同墙体布置情况下由于梁转动导致的对墙体破坏模式、初始刚度、耗能能力和累积塑性变形能力等的影响。试验结果表明：梁转动不但会加速墙体发生屈曲破坏,而且还会削弱其初始刚度、耗能能力以及累积塑性变形能力,其中,梁转动对初始刚度的削弱程度与梁转动影响系数成正比,且若要保证发挥至少85%的初始刚度,则必须限制梁转动,使得梁转动影响系数（定义梁转动影响系数为墙体屈服时刻梁转角和屈服层间位移角的比值）不超过0.18。此外,两侧约束部件对钢板面外约束不足也会限制其耗能能力的发挥。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

Experimental study of low-yield-point steel plate shear wall under in-plane load

This paper describes the study of the low-yield-point (LYP) steel plate shear walls under in-plane load. In the LYP steel plate shear wall system, LYP steel was selected for the steel plate wall while the boundary frame was constructed by the high strength structural steel. A series of experimental studies examined the inelastic shear buckling behavior of the LYP steel plate wall under monotonic in-plane load. The effects of width-to-thickness ratio on the shear buckling of LYP steel plates were examined. The stiffness, strength, deformation, and energy dissipation characteristics were investigated by performing cyclic loading tests on the multistorey LYP steel plate shear walls. Excellent deformation and energy dissipation capacity were obtained for all specimens tested. The LYP steel plate shear wall system is able to exceed 5% of storey drift angle under lateral force.     

三边约束钢板的抗剪承载力

利用静力加载方法对4种宽厚比的三边约束钢板单元进行了试验研究,通过试验考察了三边约束钢板的破坏形态和抗剪极限承载力,分析了宽厚比对钢板抗侧性能的影响,试验结果表明:小宽厚比钢板的抗屈曲能力较强,但是对边界约束条件要求较高,易造成边界连接破坏.根据钢板破坏形态,对其抗侧性能进行了理论分析,建立了三边约束钢板的抗侧性能计算...     

考虑竖向加劲肋作用的H形梁柱节点试验研究

针对我国现行钢结构设计规范对H形梁柱节点域厚度的要求未考虑竖向加劲肋作用,设计了2组4个平面中柱节点试件,进行拟静力试验,分析竖向加劲肋对节点破坏模式、承载力、刚度、延性、耗能能力等性能的影响。试验研究表明：试件滞回曲线形状稳定,节点域屈曲后曲线有捏拢现象,但承载力无明显下降,延性良好;竖向加劲肋对试件刚度、承载力和延性影响很小,但耗能能力增加、平面外变形减小、剪切屈曲性能明显改善,与具有相似节点域等效宽厚比的未设置加劲肋试件相比,延性相当,但耗能能力更好。根据研究结果提出了设置竖向加劲肋节点的等效宽厚比计算方法,建议将现行规范中节点域等效宽厚比不小于90的限值放宽到加劲节点域等效宽厚比不小于90。     

矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度,根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响,确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析,以界限宽厚比为控制点,根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件;屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性;与无面外约束钢板相比,混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%;提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好,有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%,标准差为0.091。     

Post-buckling strength of rectangular concrete-filled steel tube panels

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度，根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响，确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析，以界限宽厚比为控制点，根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件；屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性；与无面外约束钢板相比，混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%；提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好，有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%，标准差为0.091。