两边连接屈曲约束钢板剪力墙受力机理与等效支撑模型

采用理论分析和有限元方法,针对两边连接屈曲约束钢板剪力墙的受力机理和传力规律进行研究。提出了钢板墙边缘约束区的概念并确定了边缘约束区的宽度,分析了钢板墙的屈服形状、钢板墙内各部分应力流的分布规律和钢板墙与梁连接处的受力特点等。在此基础上提出了两边连接屈曲约束钢板剪力墙等效支撑模型,对不同尺寸、不同层数的框架 屈曲约束钢板剪力墙结构和框架 等效支撑结构在水平荷载作用下的力学性能进行分析,并对两种结构的荷载 位移曲线进行了对比。分析表明,所提出的等效支撑模型在结构刚度和承载力方面具有较好的准确性,无论是单调加载还是反复加载均能准确地模拟两边连接屈曲约束钢板剪力墙结构的受力行为。     

国际期刊导读

防屈曲支撑对芯板局部屈曲的约束条件;钢板剪力墙结构中墙-框架交互作用的特性分析;偏心荷载下钢管混凝土圆形短柱的非线性分析;火灾竖向蔓延时结构性能分析;对梁柱连接的加固过程中防止逐步破坏,第一部分：理论分析.     

两端连接偏心支撑钢板剪力墙的弹性屈曲研究

结合支撑和钢板剪力墙的特点,提出了两端连接偏心支撑钢板剪力墙的结构形式,采用ANSYS有限元软件进行了弹性屈曲分析,重点研究了内填板的高厚比、宽高比、柱弹性刚度对弹性屈曲系数和屈曲荷载的影响。结果表明,支撑能够起到显著提高屈曲荷载的作用。高厚比和宽高比是影响两端连接偏心支撑的钢板墙的弹性屈曲荷载的主要因素。为进一步研究两端连接偏心支撑钢板剪力墙的多道抗震设防奠定了理论基础。     

两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件的受力规律

利用理论分析和有限元方法对两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件（梁）的受力规律进行研究,提出了两边连接屈曲约束钢板墙与边缘构件的传力模型和边缘构件内力计算方法。利用等效支撑模型对所提出的边缘构件内力计算方法进行了验证,对不同层数和跨数的框架 屈曲约束钢板墙结构和框架 等效支撑结构进行分析,对梁、柱构件的内力进行了对比,分析了屈曲约束钢板墙布置方式对边缘构件内力、变形的影响。结果表明:所提出的方法能够准确计算屈曲约束钢板墙边缘构件的内力;建议屈曲约束钢板墙的宽度宜设计成大于跨度的1/3,并将屈曲约束钢板墙布置在跨度中间;如果屈曲约束钢板墙的宽度只能小于跨度的1/3,则宜布置在靠近梁端部。     

屈曲约束钢板剪力墙受力性能分析及盖板简化计算方法

内嵌钢板与混凝土盖板之间相互作用机理较为复杂,难以通过简单方法确定屈曲约束钢板墙连接螺栓拉力与混凝土盖板弯矩.为此,采用有限元软件ABAQUS建立屈曲约束钢板剪力墙计算模型,并通过与模型试验对比验证其可靠性.通过非线性有限元数值模拟,分析钢板高厚比、盖板与钢板厚度比以及盖板与钢板间隙等参数对应力分布、屈曲变形和滞回性能...     

防屈曲钢板剪力墙受剪承载力计算模型

基于防屈曲钢板剪力墙受力状态,建立了不同连接防屈曲钢板剪力墙受剪承载力计算模型。基于已有研究成果,认为剪力墙承载力由内嵌钢板中部有效剪应力场和两侧的边缘支撑带提供,推导出适用于不同连接方式剪力墙的承载力计算公式。利用已有试验结果、规程计算方法和数值分析结果验证了建议计算公式的合理性与精确性。进一步分析表明:在跨高比为0.5~2.0范围内,两边连接防屈曲剪力墙的有效剪应力场面积与全截面面积之比为20%~55%,相对于四边连接形式的剪力墙,承载力损失10%~52%;两边连接剪力墙易出现提前撕裂,其安全储备低于设置端柱和四边连接剪力墙。通过算例说明了两边连接防屈曲剪力墙边缘设置端柱的可行性。提出了保证内嵌钢板形成完全剪应力场的端柱截面积要求。     

偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数研究

通过引入连接转动刚度及偏心支撑,导出了偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数理论公式。采用ANSYS软件对D形偏心支撑半刚接钢框架进行了非线性屈曲分析,得出了偏心支撑半刚接钢框架柱计算长度系数表,并回归了建议计算公式。     

交叉型防屈曲钢板剪力墙滞回性能有限元研究

交叉型防屈曲钢板剪力墙是装配式构件中一种新型抗侧力体系。通过有限元软件ABAQUS建立交叉型防屈曲钢板剪力墙的有限元模型进行数值模拟,研究不同参数包括构件长高比、内嵌钢板高厚比、框架柱刚度、初始缝隙对该新型抗侧力构件滞回性能的影响。研究结果表明:所建立有限元模型能较好地模拟交叉型防屈曲钢板剪力墙的抗侧力性能,承载力随着构件长高比、框架柱刚度的增大而增大;随着内嵌钢板高厚比、构件初始缝隙的增大,构件承载力减小。     

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     

屈曲约束支撑与钢框架节点板连接的抗震性能#br# 试验与分析研究

屈曲约束支撑作为耗能减震构件,其与钢框架连接形成屈曲约束支撑钢框架结构体系。然而目前对于屈曲约束支撑与节点板不同连接形式的抗震性能和破坏模式尚缺乏研究。为了获悉不同连接形式对屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能和破坏机理的影响,进行5榀屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的水平低周往复荷载试验,观察试验现象和破坏特征,考察屈曲约束支撑与节点板两端采用销轴连接、螺栓连接、焊接连接和混合连接对钢结构抗震性能的影响,研究屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标,探讨屈曲约束支撑与钢框架节点板转动变形和关键部位的应变规律,分析结构的破坏模式和各构件屈服顺序。结果表明：屈曲约束支撑的芯板先于梁、柱和节点板屈服,试件滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能和延性。文章研究成果以期为屈曲约束支撑钢框架结构设计和应用提供科学依据。     

内嵌双阶段装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构抗震性能评估

为研究新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑对装配式钢框架-支撑结构抗震性能的影响，首先采用有限元软件Perform-3D建立了普通支撑、防屈曲支撑和新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑的有限元模型，并验证了建模方式的准确性；之后在此基础上建立内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构有限元模型，并采用弹塑性时程分析方法对普通钢框架结构、钢框架-普通支撑结构、钢框架-防屈曲支撑结构、内嵌新型双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构的抗震性能展开研究。分析结果表明：Perform-3D能准确模拟普通钢支撑、普通防屈曲支撑及新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑；内嵌新型双屈服点防屈曲支撑的钢框架-支撑结构在最大层间位移角和结构顶层位移、基底剪力上均优于其他结构，新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑在地震作用下起到了重要的作用，它主要通过新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑来耗能，这说明内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构具有良好的抗震性能。     

两边连接防屈曲钢板剪力墙结构简化计算模型研究

两边连接防屈曲钢板剪力墙是一种新的钢板剪力墙结构形式,结合两边连接防屈曲钢板剪力墙结构的受力特点,基于刚度等效原则,建立适合此类结构体系的简化计算模型——"等效交叉支撑模型",并给出其相关参数的计算方法。选取ABAQUS6.12中的Axial(轴向)连接器来模拟交叉支撑,验证"等效交叉支撑模型"的有效性。结果表明:"等效交叉支撑模型"能够较好地模拟两边连接防屈曲钢板剪力墙结构的抗震性能。     

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。     

采用新型节点的屈曲约束支撑混凝土框架有限元分析

设计了一种屈曲约束支撑与混凝土框架连接的T型连接节点,采用有限元分析软件ABAQUS建立有限元模型,并利用试验结果验证了有限元分析结果的准确性。在此基础上,考察了采用屈曲约束支撑混凝土框架与无支撑混凝土框架的受力状况以及新型连接节点的工作性能。分析结果表明:新型T型钢锚固型连接节点稳定可靠,传力明确;屈曲约束支撑能显著改善混凝土框架的受力状况和工作性能,提高混凝土框架的抗侧刚度、承载能力和耗能能力等。     

装配式梁柱铰接钢框架-屈曲约束钢板剪力墙体系抗震性能有限元分析

将梁柱铰接钢框架与屈曲约束钢板剪力墙相结合是一种新型的抗震结构体系。铰接框架体系承担竖向荷载,屈曲约束钢板剪力墙体系承担水平荷载,受力明确,构造简单,更适合装配化施工及建筑工业化要求。为研究该体系的动力特性和抗震性能,采用有限元软件进行弹性分析和动力时程分析,并与刚接框架-屈曲约束钢板剪力墙体系、刚接框架-普通钢板剪力墙体系进行比较。分析时屈曲约束钢板剪力墙采用混合"4-6"杆系模型进行模拟。分析结果表明,该体系在8度(0.2g)抗震设防烈度下具有良好的抗震性能,能够满足"三水准"的抗震设防要求,但在8度(0.3g)抗震设防烈度时,底层柱端出现塑性铰。当梁柱截面相同时,刚接框架的基底剪力较大且底层柱过早出现塑性铰。因此,铰接框架-屈曲约束钢板剪力墙体系表现出更优良的动力性能。     

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。     

钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系在装配式钢结构住宅中的应用

首钢二通厂南区棚改定向安置房项目1#住宅楼(24层)采用钢框架(钢管混凝土柱+H型钢梁)+防屈曲钢板剪力墙装配式钢结构体系,选择的结构抗侧力构件分别为防屈曲钢板剪力墙、中心支撑以及组合钢板剪力墙的结构体系,并对其进行了计算分析,对比了不同结构体系的关键技术指标.同时通过有限元模型研究了与防屈曲钢板剪力墙相连梁的刚度变化对钢板剪力墙受力性能的影响,针对防屈曲钢板剪力墙对钢梁的局部作用提出了加强措施.结果 表明:与其他结构体系相比,钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系结构布置更加灵活,材料成本更低,并且防屈曲钢板剪力墙的布置对结构的抗扭转更有利;实际工程中防屈曲钢板剪力墙按照规范设计能够满足承载力和安全性的设计要求;设置局部加劲肋和加强框架梁腹板厚度能够延缓钢梁的应力增大,减小钢板剪力墙对钢梁局部的影响.     

竖波钢板组合剪力墙等效塑性铰长度研究

竖波钢板组合剪力墙因内嵌波形钢板的几何形状优势，表现出良好的抗震性能。在基于性能的抗震设计要求下，竖波钢板组合剪力墙等效塑性铰长度的确定对合理评估其塑性变形能力至关重要，但国内外已有公式均难以体现其复杂的组合作用，有待提出针对性的简化计算式。基于课题组前期试验成果，通过对竖波钢板组合剪力墙试验破坏现象和受力机理的分析，采用OpenSEES软件，建立有限元模型。扩展研究波形钢板几何参数、约束边缘H型钢柱、分布钢筋配置、混凝土强度、设计轴压比以及剪力墙高宽比等参数对等效塑性铰长度的影响规律，发现使用波形钢板含钢率可以更有效地反映波形钢板几何参数对等效塑性铰长度的影响，而混凝土强度和分布钢筋配箍率与等效塑性铰长度呈负相关。通过理论分析和推导提出多参数控制的竖波钢板组合剪力墙等效塑性铰长度简化计算式，该式适合于估算竖波钢板组合剪力墙的塑性变形能力，可以用于该类剪力墙的弹塑性分析。     

防屈曲钢板剪力墙弹性性能及混凝土盖板约束刚度研究

防屈曲钢板剪力墙由内嵌钢板与其两侧的预制混凝土盖板通过螺栓连接而成。预制混凝土盖板与周边框架梁柱之间预留一定间隙,同时在大震下允许混凝土盖板与钢板之间产生相对滑移,以确保两侧混凝土盖板不发生严重破坏,从而保护内嵌钢板获得很好的承载性能和耗能能力。采用数值方法对防屈曲钢板剪力墙在水平荷载作用下的弹性屈曲性能、混凝土盖板的最小约束刚度(厚度)以及连接螺栓的最大间距进行研究,给出了防屈曲钢板墙的结构设计中混凝土盖板约束厚度及连接螺栓最大间距的参考公式。