三类钢板剪力墙结构试验研究

防屈曲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧耗能构件,但墙板嵌入受弯框架时,二者之间的相互作用尚需进一步研究。为此进行了两层单跨钢框架内嵌防屈曲钢板剪力墙的试验研究,作为比较同时进行了两层单跨钢框架内嵌非加劲钢板剪力墙与两层单跨钢框架内嵌组合钢板剪力墙结构的试验研究。在试验的基础上,对试件进行有限元分析,比较了三类钢板剪力墙之间的性能差异。研究表明,防屈曲钢板剪力墙能够消除无加劲钢板剪力墙在水平荷载下产生的巨大屈曲噪声,具有较大的初始刚度与承载力,拥有良好的延性与滞回耗能性能,而且由于其屈服先于屈曲发生,对周边框架产生的附加弯矩很小;组合钢板剪力墙的性能与防屈曲钢板剪力墙相似,但由于后期外包的混凝土发生脱离,内嵌钢板剪力墙会产生拉力带,不仅对框架产生不利影响,而且自身承载力、刚度与耗能能力均有不同程度的退化。图32表1参12     

新型组合钢板剪力墙单元的抗剪承载力

提出一种适用于钢框架结构体系的新型组合钢板剪力墙形式。对4种宽厚比的纯钢板和1种组合钢板剪力墙单元的静力加载试验的结果表明:宽厚比决定了钢板初始抗侧性能和屈曲模态;小宽厚比钢板对边界约束条件较为敏感;预制墙板对提高剪力墙单元抗剪承载力和提高屈曲荷载有一定帮助,但是对钢板抗侧性能的贡献不大。通过数值模拟增加影响参数,对新型组合钢板剪力墙单元进行了理论分析。最后给出了三边固接一边弹性约束的钢板及组合钢板剪力墙单元的抗剪承载力计算公式,并依据成品预制墙板的规格尺寸给出了组合钢板剪力墙适用的预制墙板最小厚度选择方法。     

无粘结十字加劲钢板剪力墙结构抗剪性能分析

十字加劲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧力耗能构件,但加劲构件与内嵌钢板无粘结时,其对内嵌钢板的作用尚需进一步研究。利用有限元分析软件ABAQUS,对单层单跨无粘结十字加劲钢板剪力墙结构的抗剪性能进行数值模拟,分析在水平荷载作用下,构件的受力破坏特征及抗剪性能。研究表明,无粘结十字加劲钢板剪力墙结构具有良好的延性及抗剪性能,内嵌钢板能承担更多的剪力,对周边框架不利作用的降低幅度与传统十字加劲钢板剪力墙基本相同。参数分析结果表明:框架柱轴压比、墙体高厚比和肋板刚度比是影响钢板剪力墙抗剪性能的主要因素。     

钢结构束柱的抗侧性能分析

将普通钢支撑和屈曲约束钢板剪力墙引入到束柱中,并选择2层的平面钢束柱,对比研究了不同支撑布置方式以及不同钢板剪力墙尺寸下束柱的承载力、抗侧刚度和延性。结果表明:钢支撑束柱的抗侧性能与支撑的数量及长细比密切相关;屈曲约束钢板剪力墙能够为束柱提供很大的抗侧刚度,同时也承担了绝大部分层间剪力;在相同缩进高度下,增加钢板剪力墙的缩进宽度对束柱抗侧性能的提升效果明显。     

钢框架短肢组合钢板剪力墙力学模型

以钢框架短肢组合钢板剪力墙结构该结构形式为研究对象,基于薄板理论及经典结构力学原理,建立了整体力学模型.理论模型中考虑了梁、柱抗侧刚度,梁柱节点、组合钢板剪力墙抗剪刚度及钢板与边缘框架间的等效摩擦阻尼.根据结构变形特点及计算假定建立了结构抗侧刚度、弹性极限抗剪承载力、结构体系极限抗剪承载力及结构体系能量耗散4个理论计算...     

改进钢板-混凝土组合剪力墙结构受力性能分析

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明:组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。     

Analyses on mechanical performance of innovative composite shear wall systems

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明：组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。     

双层不等高开缝钢板剪力墙受力性能分析

本文在对比单层等高开缝钢板剪力墙与双层等高开缝钢板剪力墙受力性能的基础上,建立了"梭形"、"凸形"、"蝶形"、"凹形"等4种双层不等高开缝钢板剪力墙,对其进行往复水平荷载作用下的受力性能研究,通过对比分析其滞回曲线、骨架曲线及能量耗散系数等参数,研究了4种开缝形式对钢板剪力墙的影响。结果表明:相同开缝率下的双层开缝钢板剪力墙受力性能优于单层开缝形式,抗侧刚度及承载力和耗能能力均得到提高;双层不等高开缝形式钢板剪力墙抗侧刚度、累积滞回环面积、承载能力均较等高双层钢板剪力墙大幅提高,其中"凹形"不等高开缝形式最佳。     

钢框架短肢组合钢板剪力墙结构优化分析

钢框架短肢组合钢板剪力墙结构是一种适用于小高层的建筑新型框架剪力墙结构,它具有良好的抗震性能。以影响结构抗震性能的内嵌钢板宽厚比、面外墙板约束及钢板边界约束等4个因素进行了分析。通过总结各影响因素,进行了结构单元动力响应的数值模拟分析,提出了组合钢板剪力墙与钢框架的合理抗侧刚度比及合理的内嵌钢板剪力墙宽厚比。优化后的结构模型试验证明:当钢框架短肢组合钢板剪力墙结构中各构件在整个结构中达到最优设计,同时抗侧刚度比在0.42~0.45之间时,结构整体具有较高的水平承载能力,良好的抗震和耗能能力。最后提出了钢框架短肢组合钢板剪力墙的优化设计建议。     

模块装配式组合钢板剪力墙抗剪承载力研究

传统组合钢板剪力墙结构研究以整体结构为主,在模块化研究上有所不足。基于一组模块装配式组合钢板剪力墙试验,利用ABAQUS有限元软件建立剪力墙结构有限元模型进行模拟分析,并根据组合剪力墙抗剪机理,对模块装配式组合钢板剪力墙抗剪承载力计算方法提出建议。经分析结果表明:所建立的ABAQUS有限元模型可以很好的模拟出剪力墙受力性能。所推导的抗剪屈服承载力公式计算结果与有限元模拟结果较为吻合,能很好地反映钢板剪力墙抗剪性能。     

钢板外包混凝土剪力墙板抗剪滞回性能试验研究

钢板外包混凝土预制装配式剪力墙板是在钢板剪力墙板基础上提出的一种用于高层建筑钢结构的新型抗侧力构件。它以普通钢板作为基本支撑板，钢板上、下分别与钢框架中的梁相连，两侧外包混凝土为钢板提供侧向约束，防止钢板过早屈曲失稳，同时混凝土还起到防火隔热的作用。本文通过对３个钢板外包混凝土剪力墙试件和１个纯钢板剪力墙板试件的模型试验，研究了在低周反复加载下钢板外包混凝土剪力墙板的破坏形态、延性、抗剪强度和刚度等。试验表明，钢板外包混凝土剪力墙与钢板剪力墙相比，具有良好的稳定性能和延性性能，同时其刚度和强度也大大提高。     

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栽和屈曲模态。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。     

广州珠江新城东塔罕遇地震作用弹塑性分析

广州珠江新城东塔为高530 m的复杂超高层建筑,设计采用了劲性钢筋混凝土核心筒+外围巨型框架+钢伸臂桁架的结构抗侧力体系。运用ABAQUS与BEPTA程序,考虑结构几何非线性,采用显式积分的方法,对该结构进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,以检验结构在罕遇地震作用下的抗震性能。研究结果表明：通过在顶部收进较大的核心筒剪力墙内埋设钢板加强,错洞墙剪力墙内埋设钢骨桁架加强,与剪力墙连接的环桁架在剪力墙内贯通后,在罕遇地震作用下结构的层间位移角满足规范要求;首层剪力墙和巨型柱均具有较高的受拉承载力;各主承重构件均未出现明显损坏,结构抗震性能较好。     

防屈曲钢板剪力墙滞回性能理论与试验研究

提出了一种新型的防屈曲钢板墙用作高层建筑的抗侧力构件。从理论与试验两个方面对防屈曲钢板墙的滞回性能进行研究。其中理论分析主要考察两个不同高厚比的防屈曲钢板墙(Ⅱ型)与普通钢板墙滞回性能的差异;试验研究则主要针对两种高厚比共计7个不同的试件,考察防屈曲钢板墙(Ⅰ型和Ⅱ型)、组合钢板墙以及普通钢板墙在往复荷载作用下的极限承载力性能、滞回特性、延性以及破坏特征等。通过对比分析,揭示不同类型钢板墙的受力机理与特点,对四种不同类型钢板墙的直观表现与受力性能进行总结与评价。     

Cyclic behavior of SPSW and CSPSW in composite frame

Shear wall systems are one of the most commonly used lateral-load resisting systems in high-rise buildings. The composite steel plate shear wall (CSPSW) systems have strong points, such as high bearing capacity, good ductility and energy dissipation capacity, which have been increasingly used as lateral load-resisting system in steel buildings. This paper describes the experimental work related to the tests of steel plate shear wall (SPSW) system and CSPSW system. Two 1/3 scaled specimens were fabricated and tested. The tested shear wall system consisted of concrete-filled circular hollow section (CHS) steel columns, steel beams, and SPSW or CSPSW. The experimental results were summarized and discussed, which showed that both SPSW system and CSPSW system possessed good ductility and energy dissipation capacity. For SPSW system, the primary mechanism for resisting storey shear arising from lateral loads came from the post-buckling inclined tension field that forms for thin-walled steel plate. For CSPSW system, the reinforced-concrete (RC) panels attached on both sides of steel plates were able to ensure the composite action by preventing the overall buckling of steel plate. Compared with SPSW system, the bearing capacity and energy dissipation capacity of CSPSW system increased evidently.     

复合材料设计中SPSW和CSPSW的周期性质

剪力墙系统常用于高层建筑结构中抵抗侧向荷载。复合钢板剪力墙(CSPSW)系统具有承载力高、延展性好、耗能能力强等特点,越来越多的用于钢结构中以抵抗侧向荷载。介绍了钢板剪力墙(SPSW)和复合钢板剪力墙(CSPSW)的相关试验。对两个1/3缩尺抛光试样进行焊接和测试,试验剪力墙系统由混凝土填充圆形中空截面(CHS)钢管柱、钢梁和SPSW或CSPSW组成。对试验结果进行分析和总结,结果显示SPSW和CSPSW系统具有良好的延展性和耗能能力。SPSW系统主要用于抵抗侧向荷载作用下薄壁钢板屈曲产生的薄膜张力引起的层间剪力。CSPSW系统中附加在钢板两侧的混凝土加固(RC)镶嵌板主要用于确保复合材料的性能,防止钢板屈曲。与SPSW系统相比,CSPSW系统的承载力和耗能能力显著增强。     

钢板剪力墙的试验研究

天津津塔是我国首座采用钢板剪力墙的超高层建筑,也是目前已知规模最大的钢板剪力墙结构,其主要抗侧力体系为钢板剪力墙和钢管混凝土柱所构成的核心筒。为研究这种结构体系及其构造做法的实际受力性能,并为设计计算提供试验依据,完成了2个2跨5层1∶5缩尺比例的钢板剪力墙模型的低周往复加载试验。试件变化的主要参数包括钢板剪力墙与周边框架的连接方式以及钢板剪力墙的加劲构造措施。试验表明,钢板剪力墙结构具有较高的承载能力,稳定的滞回性能。未设置加劲肋的钢板剪力墙试件,在加载初期即发生平面外屈曲,其滞回曲线呈现一定的S形捏拢趋势;设置有4道竖向加劲肋的钢板剪力墙试件,在加载过程中未发生平面外屈曲,其滞回曲线呈饱满的纺锤形。此外,采用摩擦型高强螺栓连接的钢板剪力墙试件在加载过程中有较大噪声,可能影响结构的正常使用。     

波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板剪力墙在水平荷载作用下的抗侧力性能,完成了水平波形和竖向波形的钢板剪力墙模型的低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对波形钢板剪力墙模型进行了模拟分析。试验结果表明：波形钢板剪力墙结构具有较高的侧向承载力、较强的抗剪屈曲能力和稳定的滞回性能;竖向波形钢板剪力墙在加载过程中发生了沿墙体对角线的X形剪切破坏;水平波形钢板剪力墙在加载过程中未出现波形钢板的屈曲破坏。因此,水平波形钢板剪力墙的极限荷载比竖向波形钢板剪力墙的更高、延性更好、滞回曲线更加饱满。在水平受剪时,竖向波形钢板剪力墙易产生拉压效应,水平波形钢板剪力墙易发生H型钢柱屈曲。波形钢板与边缘约束H型钢柱之间的焊缝未出现开裂,焊缝连接保证结构的整体性能。对比有限元分析结果与试验得到的数据,水平波形钢板剪力墙的荷载、位移比竖向波形钢板剪力墙的更接近试验值。采用有限元法对不同波角和钢板厚度的水平波形钢板剪力墙的抗侧性能进行了分析,结果表明：当钢板比较薄的时候,容易发生波形钢板的剪切破坏;当钢板较厚的时候,容易发生边缘约束H型钢柱的过早屈曲,对结构的承载力和延性不利;当波形钢板的波角为45°时,波形钢板剪力墙的承载力以及延性性能最佳。波角过大或过小时,剪力墙承载力均有所降低。因此,水平波形钢板剪力墙宜采用45°波角与厚度适中的钢板。     

内藏钢板支撑剪力墙屈服前刚度的有限元分析

介绍了内藏钢板支撑剪力墙这种新型抗侧力支撑体系的特点及性能,通过对其屈服前刚度的有限元分析,并结合试验资料对比分析,对《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-98)附录中内藏钢板支撑剪力墙构件屈服前刚度计算公式进行了验证,通过回归分析,提出了内藏钢板支撑剪力墙构件屈服前刚度的修正计算公式,可为进一步的研究和规程修订提供参考。