钢板-混凝土剪力墙研究现状

针对目前国内对钢板—混凝土剪力墙结构体系研究较少的现状,总结了国外的研究成果及在工程中的应用,分析了钢板—混凝土剪力墙的结构特点和抗震性能特点,阐述了国内该剪力墙的发展前景。     

双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述

本文指出了双钢板混凝土组合剪力墙结构自身的特性和结构的受力机理,总结了国内外研究者对双钢板混凝土组合剪力墙,在结构试验、有限元模拟、理论计算和局部稳定分析4个方面的抗震性能研究现状,分析目前研究成果中存在的优缺点,提出了双钢板混凝土组合剪力墙研究中存在的若干关键问题。展望了双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究的发展前景。     

钢筋桁架双层钢板内填混凝土组合剪力墙高层结构抗震性能研究

在钢筋桁架双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能试验的基础上,利用有限元软件Perform-3D建立了能够合理反映钢筋桁架双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能的数值分析模型,通过对比试验数据验证了模型的合理性。然后以一框架-核心筒高层结构为研究对象,使用Perform-3D建立了带钢筋桁架新型组合剪力墙高层结构与普通组合剪力墙高层结构有限元模型,通过对比两模型在强震作用下的整体指标和材料损伤参数,评估钢筋桁架双层钢板内填混凝土组合剪力墙高层结构体系的抗震性能。研究结果表明,虽然钢筋桁架新型组合剪力墙结构的顶点位移和基底剪力相比普通组合剪力墙结构分别增大了16.59%和21.25%,但是剪力墙厚度可以降低,平均最大层间位移角减小了5.45%,且沿楼层分布更加均匀;在材料损伤控制方面,钢筋桁架新型组合剪力墙结构发生损伤剪力墙数量减少了88%,损伤程度降低到轻微损伤,说明钢筋桁架双层钢板内填混凝土组合剪力墙强震抗震性能更优,提高了强震作用下框架-核心筒高层结构安全。     

双钢板组合剪力墙的抗震性能影响因素分析

双钢板-混凝土组合剪力墙是一种由外包钢板和内填混凝土组成的组合结构,它能结合钢板和混凝土两种材料的力学特性,具有高强度、高刚度、高延性、抗冲击性良好、和施工高效等良好性能特点。本文主要对国内外专家学者对该种类型的剪力墙研究成果进行归纳总结,并分析了影响其抗震性能的主要因素,主要包括连接方式、轴压比、混凝土厚度、混凝土强度、含钢率和钢板强度。以期为之后双钢板-混凝土组合剪力墙组合剪力墙的研究设计提供建议,促进其应用。     

钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构滞回性能研究

钢板剪力墙具有承载力高、延性好、耗能能力强等优点,将抗震性能优越的钢板剪力墙用于钢管混凝土框架中形成钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系。对这种组合结构体系和钢管混凝土框架在滞回荷载作用下的性能进行试验研究,研究结构体系的承载力、延性和耗能能力等指标,分析钢板剪力墙对结构体系的承载力和耗能能力的提高幅度;同时采用有限元软件分析结构体系的性能,有限元计算结果和试验结果吻合较好,验证有限元分析模型的正确性。研究结果表明:钢板剪力墙具有较高的承载力、良好的延性和优越的耗能能力,和钢管混凝土框架具有良好的协同工作性能,钢板剪力墙的存在显著提高结构体系的承载力和耗能能力;在该文分析的结构体系中采用混合杆系模型可以较好模拟钢板剪力墙的滞回性能,结构体系分析模型也为钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系在实际工程中的应用提供参考。     

钢板剪力墙研究及工程应用

对纯钢板剪力墙、内置钢板混凝土组合剪力墙、外包钢板混凝土组合剪力墙三类剪力墙进行综合研究,给出了3种钢板剪力墙特性及设计方法,同时中国建筑千米级摩天大楼为载体,对外包钢板混凝土组合剪力墙进行研究。研究表明:此3种钢板剪力墙结构延性好、耗能能力强,具有良好的抗震性能;纯钢板剪力墙结构非常适用高烈度区普通结构或350 m以下的超高层建筑;内置钢板混凝土组合剪力墙刚度大、强度高、延性好,可充分发挥混凝土和钢材2种材料的特性,但施工非常复杂;外包钢板混凝土组合剪力墙是一种新型剪力墙,对使用高强度、高性能混凝土和钢材没有限制,该种墙体更容易满足抗震性能化要求,且施工方便,工业化程度高;3种剪力墙均满足平截面假定,可采用纤维元的方法计算钢板混凝土组合剪力墙承载力。     

钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙抗震试验与分析

完成了6个钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究,试件包括3个不同钢板厚度的钢管混凝土边框纯钢板剪力墙和3个对应钢板厚度的钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙.基于试验,分析了各试件的承载力与变形特点.采用ABAQUS软件对各试件的受力与变形特点进行了有限元分析,有限元模拟结果与试验结果符合较好.试验及分析表明:钢管混凝土边框纯钢板剪力墙具有良好的延性;钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙,承载力和刚度比纯钢板剪力墙明显提高,综合抗震性能良好.     

不同类型钢-混凝土组合剪力墙超高层结构抗震性能对比

采用结构分析软件Perform-3D对分别带有内置钢板混凝土组合剪力墙、内藏钢桁架混凝土组合剪力墙以及传统的型钢混凝土剪力墙的框架-核心筒结构进行静力和动力弹塑性分析,研究了三种剪力墙对整体结构的动力特性、位移反应和地震损伤的影响。研究表明,带有三种组合剪力墙的结构整体抗震性能优劣顺序依次为内置钢板混凝土组合剪力墙结构、内藏钢桁架混凝土组合剪力墙结构、型钢混凝土组合剪力墙结构。     

波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙、水平波形钢板-混凝土组合剪力墙以及平钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验,研究了波形钢板-混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力和破坏模式,分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、各阶段特征荷载和位移值等,以及结构的破坏特征、变形和耗能能力、刚度和承载力退化。试验结果表明:波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较大的抗侧刚度、较好的延性和耗能能力;与平钢板-混凝土组合剪力墙相比,波形钢板-混凝土组合剪力墙有较好的界面黏结性能,而平钢板-混凝土剪力墙由钢板变形引起的混凝土剥落严重;波形钢板-混凝土组合剪力墙的初始刚度较平钢板-混凝土组合剪力墙的高,竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和极限位移较水平波形钢板-混凝土组合剪力墙的高,波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力退化和刚度退化比平钢板-混凝土组合剪力墙的慢,表现出较好的受力性能。采用ABAQUS有限元软件可以较好地模拟试验,有限元分析结果表明,波形钢板的应力分布比较均匀,组合作用效应明显,适合在抗震结构中采用。     

波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙、水平波形钢板-混凝土组合剪力墙以及平钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验,研究了波形钢板-混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力和破坏模式,分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、各阶段特征荷载和位移值等,以及结构的破坏特征、变形和耗能能力、刚度和承载力退化。试验结果表明：波形钢板-混凝土组合剪力墙具有较大的抗侧刚度、较好的延性和耗能能力;与平钢板-混凝土组合剪力墙相比,波形钢板-混凝土组合剪力墙有较好的界面黏结性能,而平钢板-混凝土剪力墙由钢板变形引起的混凝土剥落严重;波形钢板-混凝土组合剪力墙的初始刚度较平钢板-混凝土组合剪力墙的高,竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力和极限位移较水平波形钢板-混凝土组合剪力墙的高,波形钢板-混凝土组合剪力墙的承载力退化和刚度退化比平钢板-混凝土组合剪力墙的慢,表现出较好的受力性能。采用ABAQUS有限元软件可以较好地模拟试验,有限元分析结果表明,波形钢板的应力分布比较均匀,组合作用效应明显,适合在抗震结构中采用。     

Seismic design method and experimental study of composite steel plate-concrete coupled shear wall systems

钢板混凝土联肢组合剪力墙是一种具有“双重防线机制”的优良抗震结构体系，其理论研究已经滞后于工程实践的发展，传统的基于强度的抗震设计方法难以从抗震耦合机制层面解决连梁和组合墙肢的匹配问题。为此提出以耦连比为基本设计参数，以连梁-墙肢“双重防线机制”为性能目标的钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震设计方法。基于此方法，设计原型结构，并按原型结构底部五层的联肢墙设计制作1∶4缩尺试件，对试件施加往复荷载，考察试件的整体屈服机制。试验结果表明，结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量，实现了连梁-墙肢“双重防线机制”，验证了该设计方法的合理性。     

Computer‐based evaluation of design methods used for a steel plate shear wall system

Vertical boundary elements (VBEs) play a key role in seismic performance of steel plate shear wall (SPSW) system and consume major part of the steel material in a structure. The different methods allowed by design standards for computing the force demands exerted on the VBEs yield in widely varied results and are evaluated in this study through a computer‐based approach. After elaborating these methods, development of a versatile and user‐friendly program is presented that implements various SPSW design algorithms. The program relies on component object model technology and interactively communicates with a component object model supporting program, etabs , as the analysis core. It also benefits from an object‐oriented structure. At the next phase, the developed program is utilized to design SPSWs with different heights and extract VBE demands using different methods. Nonlinear time history analyses of the structures, performed in opensees software using a bin of seven ground motion records, have been ultimately used for assessing the precision of different demand estimation methods. The AISC 341‐10 capacity‐based design method was shown to provide overestimations that reached 90% and 1888%, respectively, for axial and flexural VBE demands of 17‐story building. Lower overestimation ratios were found for shorter structures. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Steel moment frames: resolution of recent seismic detailing and material shape issues

An area of heightened interest after the 1994 Northridge earthquake was the seismic ductility of steel moment frame connections. Work by the Federal Emergency Management Agency (FEMA) and Seismic Analysis Code (SAC), American Institute of Steel Construction Inc. (AISC) and many others over the last few years has expanded knowledge in a number of areas and provided a set of new and modified connection details for improved seismic performance. Some of the more popular connection types, such as the new reduced beam section (RBS) detail, will be described more fully later.Questions about the performance characteristics of the k-area region of wide-flange steel shapes were also addressed by AISC. Such regions contain variations in mechanical properties due to cold forming during the mill straightening process. Localized material properties in this region, such as strain hardening, yield and ultimate strengths, ductility and toughness are known to become altered. An extensive research effort sponsored by AISC was initiated to study the effects and performance of the k-area region is nearing completion. Such studies, conducted at four different universities, evaluated the cyclic inelastic strain behavior of rolled steel shapes, the performance characteristics of rotary and gag-straightened rolled column sections, assessed beam-to-column joint assemblies and updated the standard shape material properties database for improved design and reliability. This paper gives an overview of new seismic connection details for moment frames and summarizes the results of the k-area research effort.     

钢连梁可更换消能梁段抗震性能试验研究

通过12个可更换钢连梁中消能梁段试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验参数包括腹板钢材类型、梁段长度、加劲肋布置方式和加载制度。试验结果表明：试件为剪切屈服型,破坏模式为加劲肋-腹板焊缝断裂或翼缘-端板焊缝断裂;试件的超强系数平均值为1.86,大于Popov等学者的建议值1.5;试件的极限塑性转角约为0.15 rad,远大于规范AISC 341-10规定的塑性变形限值0.08 rad;梁段腹板采用低屈服钢LY225代替Q235钢时,试件的极限塑性转角增大23%,试件的累积塑性转角增大52%;加劲肋单面布设或双面布设对试件的抗震性能影响不大,但加大加劲肋间距会导致腹板提前屈曲和试件承载力退化,建议低屈服钢消能梁段的加劲肋布置按照规范AISC 341-10和GB 50011-2010对一般消能梁段的规定。在剪切往复荷载作用下,试件的轴向位移由几何位移和塑性轴向变形两部分组成,试件的塑性轴向变形与其累积塑性转角成正比。     

Steel–concrete composite shear walls using precast high performance fiber reinforced concrete panels

In this research, seismic performance of composite steel plate shear walls (CSPSWs) using high performance fiber reinforced concrete (HPFRC) panels is experimentally and numerically investigated. Three one‐story one‐bay CSPSW specimens using precast HPFRC panels were designed and fabricated for cyclic quasi‐static experiments. The HPFRC panels of composite shear wall specimens did not have any steel rebars. The main purpose of the study was to understand the effects of rigid and semirigid HPFRC panels on the seismic behavior of the system. Shear capacity, ultimate shear strength, lateral stiffness, energy dissipation, and ductility ratios of the specimens are evaluated. The experimental results demonstrate that specimens were able to resist lateral load up to at least interstory drift of 6%. Using HPFRC panels, CSPSW specimens becomes stiffer in the elastic region, and the yield displacement of the shear wall is decreased; therefore, the ductility ratio of the system is increased. It should be noted that ultimate shear strength, initial elastic stiffness, and energy absorption of specimens with an HPFRC panel on one side or both sides of the infill steel plate were approximately the same. However, using two HPFRC panels is not economical in comparison with CSPSW with an HPFRC panel on one side. Additionally, the second panel increases the seismic mass of the structure.     

复杂高层建筑抗震与消能减震研究进展

复杂高层建筑的震害在近来的历次地震中都有发生,其抗震分析和设计难度较大,提高其抗震性能是当前建筑抗震的难点之一。通过对近10年来国内在复杂高层建筑抗震方面的研究进行回顾和总结,重点介绍了组合剪力墙及筒体结构、钢管混凝土结构、结构模型振动台试验和三种消能减震方法。提出了采用新型高效的结构体系及高性能抗震部件或消能减震新技术改善复杂高层建筑抗震性能。这些研究工作与工程实践紧密结合,大部分研究成果已在实际工程中成功应用。图18参28     

人字形延性中心支撑钢框架的抗震设计与分析

讨论美国钢结构抗震设计规程中人字形延性中心支撑钢框架的抗震设计和分析。在强震作用下的基本设计理念为:钢支撑框架中的塑性变形集中于支撑上,通过支撑受拉屈服和受压屈曲来消耗能量,其他结构构件需保持弹性。结合1栋9层支撑钢框架,阐述美国钢结构抗震设计规程的相关具体规定,并得到设计建议:支撑截面的选择受到局部宽厚比的限制;框架梁截面的尺寸由强度控制,主要考虑由于支撑受拉屈服和受压屈曲所形成的竖向不平衡力的作用;框架柱截面的尺寸由考虑所有受压支撑移去时的结构模型控制。     

装配式容差剪力墙及其推复性能分析

装配式建筑是我国建筑行业发展的一个重要方向,近年来得到了很大的发展。快速的建造方式对构件的安装误差控制要求较高,尤其是钢筋,钢板等预埋件的精度提出更高的要求;另一方面,装配式构件之间连接易导致结构发生节点失效的脆性破坏模式。为此,文章提出了一种具有较大容差能力的装配式剪力墙结构,使用型钢对上下剪力墙进行连接,同时连接用型钢对节点进行加强以满足“强节点,弱构件”的要求。该文对此类装配式剪力墙的构造进行了详细说明,提出了连接界面抗剪承载力以及预埋型钢的长度的设计方法,通过算例以及参数分析探究此类装配式剪力墙的抗震性能。在模型验证的基础上,利用Abaqus软件对墙体进行精细化的有限元分析,研究其抗震性能,通过参数分析,研究不同结构参数对墙体抗震性能的影响。结果表明：所提出的抗剪承载力计算公式合理;通过与现浇剪力墙对比,装配式剪力墙的塑性铰从节点区转移到墙体,实现了“强节点、弱构件”的设计要求;装配式剪力墙承载力提升15%,且具有较好的延性,在达到极限状态下螺栓滑移量小可以满足工程需要。通过参数分析发现构件的轴压比以及边缘构件的含钢率对承载力影响较大,中部设置钢板对承载力影响不明显。     

Seismic optimal design of 3D steel frames using cuckoo search algorithm

The present article is concerned with optimization of real size 3D steel structures under seismic loading based on response spectral and equivalent static analyses. The effect of lateral seismic loading distribution on the achieved optimum designs is investigated. An integrated optimization procedure with the objective of minimizing the self‐weight of frame is simply performed interfacing SAP2000 and MATLAB® software in the form of parallel computing. The meta‐heuristic algorithm chosen here is the cuckoo search (CS) algorithm recently developed as a type of population‐based algorithm inspired by the behavior of some cuckoo species in combination with the Lévy flight behavior. The CS algorithm performs suitable selection of sections from the American Institute of Steel Construction (AISC) wide‐flange (W) shapes list. Strength constraints of the AISC load and resistance factor design specification, geometric limitations, and displacement constraints are imposed on the considered frames. Results show similar weights for optimum designs using spectral and equivalent static analyses; however, different material distribution and seismic behaviors are observed. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢板剪力墙中梁所受剪力修正计算方法

美国钢结构协会（AISC）给出了钢板剪力墙中梁剪力的计算公式,但未曾考虑作用在梁上的拉力带水平分量对梁产生的剪力作用.基于钢板剪力墙理想破坏模式,分析中梁所受剪力,对AISC所提出的中梁剪力计算公式进行修正,提出中梁剪力近似计算公式,并利用大型通用有限元软件ABAQUS进行验证.研究结果表明：按照修正后的方法计算中梁剪力是可行的.