不同面外约束下带缝钢板剪力墙的抗剪性能研究

采用有限元软件ABAQUS,考虑几何非线性和面外初始缺陷的影响,对比分析钢筋混凝土板约束、刚性板约束以及无面外约束的带缝钢板剪力墙在水平荷载作用下的刚度、抗剪承载力、延性和耗能能力,并研究面外约束对带缝钢板的应力分布和面外屈曲的影响。结果表明:钢筋混凝土板可以抑制带缝钢板的弹性屈曲,降低带缝钢板的拉力带效应,提高带缝钢板剪力墙的延性、抗剪承载力和耗能能力。为了使钢筋混凝土板能更好地约束带缝钢板的面外屈曲,建议在剪力墙的小变形阶段,混凝土板不参与抗剪。     

屈曲约束钢板剪力墙约束板研究(I)——理论模型与刚度需求

首先基于薄板小挠度理论,给出了两边连接钢板剪力墙(两对边固支两对边自由)几何边界条件和内力边界条件的挠曲面函数近似表达式,然后利用瑞 利—里兹法得到钢板剪力墙的弹性屈曲承载力,并借助于有限元分析方法,得到其屈曲系数的简化计算公式。同时,通过考虑弹塑性屈曲的影响,以及芯板 的削弱、约束板与芯板非连续接触等因素,对屈曲系数的计算公式作进一步修正,最终确定了约束板的刚度需求设计公式。     

屈曲约束钢板剪力墙约束板研究(II)——承载力需求及试验验证

本文基于薄板大挠度理论,推导了钢板剪力墙所受剪力与面外挠度的关系,并考虑了弹 塑性屈曲的影响,得到了屈曲约束钢板剪力墙达到极限承载力时的面外挠度,将其代入平衡偏 微分方程后得到了芯板与约束板间面荷载的计算公式。根据国内相关规范,提出了约束板的整 体抗弯、冲切、局压等承载力验算方法,并最终得到约束板的承载力需求公式。此外,本文还 给出了芯板与约束板间连接螺栓的设计公式。最后,本文通过试验对屈曲约束钢板剪力墙约束 板的设计要求进行了验证。     

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。     

屈曲约束钢板联肢剪力墙结构的弹塑性分析

屈曲约束钢板联肢剪力墙结构通过在整体墙中部开设竖向贯通的洞口并均匀布置屈曲约束钢板组件来改进传统联肢剪力墙结构的抗震性能。通过算例对比了整体墙及基于该结构改进的屈曲约束钢板联肢剪力墙结构在地震时程作用下的动力响应,发现了后者在减小地震响应上的优越性,具有良好的抗震性能。同时,提出了屈曲约束钢板联肢剪力墙的弹塑性分析简化模型,并根据理论分析,给出了简化模型中相应参数的设计公式。最后通过原模型及简化模型在地震时程曲线下的动力响应,验证了所提出的弹塑性分析简化模型的准确性和高效性。     

Ⅰ形大高宽比屈曲约束钢板剪力墙的试验和理论研究

屈曲约束钢板剪力墙具有刚度大、抗震性能好、适用范围广的优点,大高宽比屈曲约束剪力墙可用于钢结构住宅等剪力墙尺寸受限制的建筑中。提出一种新型大高宽比屈曲约束钢板剪力墙,并对4组这种屈曲约束钢板剪力墙的缩尺模型进行单调加载和循环加载试验,并与一组纯钢板剪力墙进行对比。试验结果证明,预制混凝土板可以有效地对钢板平面外屈曲进行约束,从而大大提高钢板剪力墙的承载力和耗能性能。还通过理论研究,得到这种屈曲约束钢板剪力墙初始刚度和屈服承载力的理论公式。通过试验结果、理论公式以及有限元分析结果的对比,验证理论公式的正确性。     

新型十字加劲波纹钢板剪力墙滞回性能探究

已有研究发现:作为抗侧体系,波纹钢板剪力墙在抗侧刚度、承载能力和耗能能力方面均优于平钢板剪力墙.其缺点是由于在加载后期,波纹钢板应力分布不均匀而使其平面外变形较大,导致结构承载力和刚度严重退化.利用有限元软件ABAQUS建立全壳单元模型,提出了新型十字加劲波纹钢板剪力墙结构,并进行拟静力模拟试验.通过对比未加劲波纹钢板剪力墙,十字加劲波纹钢板剪力墙在屈服荷载、峰值荷载和耗能能力方面均得到有效提高;十字加劲肋的存在有效约束了内嵌波纹钢板平面外变形,缓减了后期结构承载力和刚度的严重退化.     

自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能研究

为改善自复位钢板剪力墙结构中由钢板墙对框架柱的附加弯矩造成的框架柱截面尺寸增大及平钢板剪力墙过早屈曲导致的承载力下降的情况,提出一种采用侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙的自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙,通过对其各组成部分的力学特性进行分析得到自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的恢复力模型及影响其可恢复性的关键点和参数。采用通用有限元软件ABAQUS建立了单层单跨自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的分析模型,通过参数分析研究了自复位钢框架及半圆形波纹钢板剪力墙设计参数对自复位钢框架 半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能的影响。结果表明：随着自复位钢框架的第二与第一刚度比及预应力钢绞线的初始张拉力的增大,自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的复位性能增强,但当层间位移角大于1.5%时,耗能性能随着自复位钢框架的第二与第一刚度比及初始张拉力的增大反而降低;随着波纹钢板剪力墙的弹性初始刚度与自复位钢框架第一刚度比及侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙圆弧直径的增大,自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的复位性能降低,当层间位移角大于1%时,耗能能力随着波纹钢板剪力墙的弹性初始刚度与自复位钢框架第一刚度比及圆弧直径的增大而提高。     

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。     

屈曲约束钢板联肢剪力墙结构的弹性分析

高层结构常采用混凝土联肢剪力墙形式抵抗地震作用。然而在联肢剪力墙体系中,传统的连系构件(如混凝土连梁、钢连梁或钢骨混凝土连梁)均存在着各自的不足。提出一种新型的结构形式——屈曲约束钢板联肢剪力墙结构。通过在整体墙中部开设竖向贯通的洞口并均匀布置屈曲约束钢板组件来改进传统联肢剪力墙结构的抗震性能。其中屈曲约束钢板组件主要包括一片薄钢板以及布置其两侧的抑制其剪切屈曲的盖板。这种结构形式具有耗能能力强、可修复性能好并具有与整体墙相近的弹性抗侧刚度。基于连续化方法,研究了这种结构的弹性性能,提出了其刚度设计公式及强度设计理论公式。随后依据强度破坏准则推导出基于弹性设计的理论公式和方法。最后通过一个实际算例验证了所提出的设计理论及设计公式的正确性及在实际工程中的可行性。