半刚接钢框架内填RC墙结构滞回性能试验——局部性能分析

通过对3榀2层1跨的半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(简称PSRCW)的低周反复荷载试验,重点研究结构局部受力性能,分析PSRCW结构中半刚性节点及内填墙的破坏模式与变形能力、钢框架与内填墙界面分离及滑移、以及两者之间的内力分配等局部性能。分析结果表明:内填墙的存在对半刚接节点的变形能力具有一定刚化影响,降低了节点的转动能力;在确保抗剪连接件在加载过程中不发生疲劳断裂的前提下,不同类型的抗剪连接件对PSRCW结构性能影响不明显;同时,为了避免抗剪连接件疲劳断裂,建议内填墙采用低强度等级的混凝土,或采用U形弯筋或槽钢连接件。在设计荷载水平,内填墙分担80%水平剪力,钢框架分担60%的倾覆力矩。     

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。     

半刚性节点钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构滞回性能分析

钢筋混凝土内填墙弥补了钢框架侧向刚度不足的缺点,为钢框架采用相对经济的半刚性节点提供了可能。为了研究半刚性节点钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构的滞回性能,在一榀循环加载模型试验的基础上,建立了非线性有限元模型,并验证了模型的有效性。考虑影响结构滞回性能的6个主要因素:节点刚度、剪力墙厚度、栓钉的设置、剪力墙的配筋、竖向荷载及混凝土强度等级,进行了6个系列22个有限元模型的变参数分析。结果表明:降低节点刚度有利于提高结构的延性和耗能能力;增加内填墙的厚度可提高结构的初始刚度和承载力;增加水平向栓钉的数量,采用普通混凝土以及合理设置暗柱、暗梁,能够有效地提高结构的整体性能,在此基础上提出了相关的抗震设计建议。     

半刚接钢框架内填不同构造措施钢筋混凝土墙子结构抗震性能试验研究

为研究半刚接钢框架内填RC墙结构的抗震性能,提出了一种考虑内填墙边界条件的子结构模型,进行了3榀1/3缩尺的3层单跨半刚接钢框架内填RC墙子结构的低周往复加载试验,研究了不同构造内填RC墙对结构抗震性能的影响,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力及水平剪力分配。试验结果表明:内填贯通竖缝RC墙及暗竖缝RC墙试件的滞回曲线饱满,耗能能力强,但水平承载力及抗侧刚度略低,破坏模式均为缝间墙的弯曲破坏;内填实体RC墙试件的滞回曲线捏缩明显,耗能能力较弱,但水平承载力及抗侧刚度较高,破坏模式为内填墙的剪切破坏;内填墙降低了地震作用下周边框架节点转动能力,半刚性节点的最终塑性转角不超过0.025 rad,可避免钢框架节点失效导致的脆性破坏。内填墙承担约80%的水平荷载,但随着水平荷载的增大逐渐降低。     

半刚接钢框架内填RC墙结构抗震设计方法(Ⅱ):算例

作者在文献[1]中提出了半刚接钢框架内填RC墙结构（简称PSRCW）的两阶段抗震设计方法。该文用此方法设计了1榀6层3跨PSRCW结构,采用塑性机构法、Pushover分析方法及弹塑性时程法对设计算例进行了地震反应分析,评估了算例结构的抗震性能。结果表明：塑性机构法同采用组合斜压板带模型所得到的极限水平承载力相近,结构的整体超强系数为3.34,具有较大的抗侧能力和超强性能。在多遇及罕遇地震下结构的层间侧移比满足现行抗震规范要求,结构具有良好的抗震性能,进一步证明了PSRCW结构的两阶段抗震设计方法的合理性。     

半刚接钢框架(柱弱轴)-内填剪力墙结构滞回性能的有限元分析

为了系统研究半刚接钢框架(柱弱轴)-RC剪力墙结构的抗震性能,基于该结构滞回性能所进行的循环荷载下的试验研究,以试验试件作为BASE试件,衍生出剪力墙厚、混凝土等级、水平抗剪钢筋、暗柱和暗梁配箍率以及剪力钉数量5个系列试件。利用自编的非线性有限元程序SRCWNP,对各种试件的滞回性能进行了有限元模拟,分析相关设计参数对结构滞回性能、刚度衰减、耗能性能及破坏模式的影响规律。结果表明:影响SRCW结构体系的承载能力和延性的主要因素是RC剪力墙的厚度和混凝土等级,而改变RC墙体配筋率(包括水平抗剪钢筋和暗柱、暗梁箍筋)和连接面上的剪力钉数量,对结构的整体性、延性和耗能能力有一定程度的影响。研究成果为进一步深入研究及工程设计与应用提供了理论依据。     

半刚接钢框架内填高延性纤维混凝土剪力墙结构抗震性能试验研究

采用高延性纤维混凝土(DFRC)改善半刚性连接钢框架内填RC剪力墙结构(PSRCW)的抗震性能和变形能力,设计1榀半刚性连接钢框架内填DFRC剪力墙试件(SDFRCW),并进行拟静力试验,研究其破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性及耗能能力,并与已有文献的试验结果进行比较可得:1DFRC良好的拉伸性能和应变硬化效应,可以有效控制内填墙体的斜裂缝稳定发展,实现延性剪切破坏模式;2SDFRCW试件的开裂位移、屈服位移和极限位移明显高于PSRCW试件,可见采用DFRC能显著提高SDFRCW结构的层间变形能力;3SDFRCW试件破坏时,内填DFRC剪力墙已出现较宽的主斜裂缝,但墙体始终保持良好的整体性,试件承载力和刚度退化缓慢,说明采用DFRC可显著提高墙体的耐损伤能力,减少结构的震后修复费用;4SDFRCW结构具有良好的层间变形能力,能有效控制结构在小震和中震作用下的变形,满足大震作用下的变形能力和耗能要求。     

半刚接钢框架内填RC墙结构的性态指标

半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(PSRCW)是一种新型组合结构体系,我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)尚未建立其性态目标。为提出PSRCW结构在不同地震水准下的性态目标,结合我国抗规给出的地震水平和结构性态水准,根据结构性态水平与损伤指数的关系,利用修正的Park-Ang损伤模型对已完成12榀PSRCW结构试验数据进行了统计分析,建立了以层间位移角表征的PSRCW结构性态指标,研究成果可为完善PSRCW结构基于性态的抗震设计方法或进行PSRCW结构地震易损性评估提供参考。     

半刚接钢框架(柱弱轴)-内填剪力墙结构滞回性能试验研究

目前我国规范关于钢框架-内填RC剪力墙组合结构体系(SRCW)的有关内容基本空白,通过了解国际上在SRCW结构体系研究领域的发展状况,以尚未研究的半刚连接钢框架(柱弱轴)-RC剪力墙结构为研究对象,通过1∶3比例将原结构缩放为一两层单跨试件结构,进行了水平循环荷载下的滞回性能试验。根据试验结果分析了结构的抗侧刚度变化、裂缝开展过程与破坏模式、结构的耗能和抗震延性和安全性等整体性能;钢框架柱的变形、中梁受力与传力机理、PR连接性能、RC剪力墙和剪力钉的变形反映的结构变形模式局部性能。结果表明:试验结构具有较好的延性、耗能性能和安全储备;试件结构的破坏模式为RC墙角部混凝土压溃,钢框架柱脚和梁柱半刚性连接部位形成塑性铰,研究为SRCW规范的制订和工程应用提供了合理的理论依据。     

考虑材料变异性的半刚接钢框架内填RC墙结构的强度折减系数研究

为合理评估半刚接钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)的延性及强度折减系数,文中利用Latin超立方抽样方法考虑PSRCW结构中型钢、钢筋及混凝土材料力学性能的随机性,提出一种基于Pushover方法评估PSRCW结构延性及强度折减系数的概率方法。根据现行抗震设计规范设计4组160个PSRCW算例样本,重点考察了层数、抗震设防烈度、水平荷载分布模式等因素的影响,利用Pushover方法确定160个PSRCW算例的抗侧能力曲线,基于概率方法按置信水平为95%的单侧置信下限确定PSRCW结构的延性及强度折减系数。研究结果表明,随着层数的增加,PSRCW结构的延性及强度折减系数均呈降低趋势;设防烈度对PSRCW结构的延性折减系数影响不明显,但对强度折减系数影响较大;均匀分布模式作用下确定的PSRCW结构的延性及强度折减系数均显著大于按广义乘方分布模式的分析结果。     

Cyclic behavior of partially-restrained steel frame with RC infill walls

In order to investigate the behavior of partially-restrained steel frame with RC infill wall (PSRCW), two specimens with one-third scale, one-bay, and two-story were performed under reversed cyclic lateral load, where one specimen was with concealed vertical slits in the infill walls and another specimen with solid infill walls. Test results showed that both specimens obtained enough lateral stiffness for controlling drift and yielded enough strength appropriate for resisting lateral load. PSRCW with solid infill walls exhibited moderate ductility capacity and energy dissipation due to the degradation of post-peak strength. PSRCW with concealed vertical slits exhibited much larger ductility, deformability, and energy dissipation capacity than the other one. Once concealed vertical slits were crushed, infill walls behaved as a series of flexural columns provided fairly ductile response and stable cyclic performance. PSRCW with concealed vertical slits can improve post-peak strength degradation considerably. In addition, damaged PSRCW structure subjected to earthquake is easy to be repaired, through knocking off the heavy crushed infill walls and recasting concrete infill walls. This is another advantage of this composite structure.     

钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为改进钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,将耳板引入钢框剪与内填墙的连接中。通过2个两层单跨缩尺比为1∶3的钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙模型试件的拟静力试验研究,考察了耳板连接的可靠性和内填墙裂缝的开展与结构变形能力,分析了结构的破坏机理、滞回性能、刚度退化、变形及延性和耗能能力等。试验结果表明：抗剪连接件(U形筋)在梁柱节点上下耳板的连接处未发生破坏,耳板连接具有可靠的工作性能;钢框架带竖缝剪力墙结构具有良好的延性,平均位移延性系数大于3;内填墙的承载力由竖缝根部的剪切破坏控制。     

加草土填充墙钢框架结构有限元分析

对一榀钢框架与一榀加草土填充墙钢框架进行了ABAQUS有限元分析,得到了该体系在低周反复荷载作用下的变形及应力分布状况,并和纯钢框架从承载能力、滞回性能、延性、耗能能力等方面进行对比分析。结果表明加草土填充墙钢框架具有更高的抗侧刚度和承载能力,在墙体开裂前的延性和耗能能力均优于纯框架,是一种较好的抗侧力体系。     

Cyclic behavior of partially-restrained steel frame with RC infill walls

In order to investigate the behavior of partially-restrained steel frame with RC infill wall (PSRCW), two specimens with one-third scale, one-bay, and two-story were performed under reversed cyclic lateral load, where one specimen was with concealed vertical slits in the infill walls and another specimen with solid infill walls. Test results showed that both specimens obtained enough lateral stiffness for controlling drift and yielded enough strength appropriate for resisting lateral load. PSRCW with solid infill walls exhibited moderate ductility capacity and energy dissipation due to the degradation of post-peak strength. PSRCW with concealed vertical slits exhibited much larger ductility, deformability, and energy dissipation capacity than the other one. Once concealed vertical slits were crushed, infill walls behaved as a series of flexural columns provided fairly ductile response and stable cyclic performance. PSRCW with concealed vertical slits can improve post-peak strength degradation considerably. In addition, damaged PSRCW structure subjected to earthquake is easy to be repaired, through knocking off the heavy crushed infill walls and recasting concrete infill walls. This is another advantage of this composite structure.     

阻尼填充墙钢框架抗震性能试验研究

为研究带阻尼填充墙钢框架的抗震性能,设计了足尺的阻尼填充墙钢框架、普通填充墙钢框架试件和空钢框架试件各1榀,对试件进行了低周反复荷载试验。对比分析了不同试件在低周反复荷载作用下的破坏现象、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等。试验结果表明：阻尼填充墙钢框架在相同的荷载作用下墙体的开裂程度比普通填充墙的轻,墙体开裂荷载有一定提高;耗能砂浆和阻尼层起到耗散地震能量的作用,阻尼填充墙钢框架具有良好的位移延性;相对于普通填充墙钢框架墙体形成的“X”剪切裂缝,阻尼填充墙钢框架的墙体裂缝被阻尼层隔断,改变了填充墙的破坏模式;耗能砂浆和阻尼层改变了填充墙的内力分布和裂缝开展方式,提高了阻尼填充墙钢框架的抗震性能。因此,耗能砂浆和阻尼层对填充墙钢框架的受力模式、滞回性能、延性等抗震性能有利,可作为结构设计时参考应用。