冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体受剪性能研究

本文采用有限单元法对冷弯薄壁型钢住宅组合墙体的受剪性能进行了分析。在建立有限元模型时,采用了塑性壳单元,考虑了材料非线性和几何非线性影响,自攻螺钉连接采用耦合模型。通过对已有的单面石膏板、单面定向刨花板(OSB板)、一面石膏板另一面定向刨花板(OSB板)三类组合墙体受剪试验结果的分析,验证了本文有限元方法的正确性。采用有限元方法分析了不同墙面板材料、不同钢种、不同墙架柱间距、不同墙体高度、不同螺钉间距等参数对组合墙体承载力的影响,参数分析表明:组合墙体的墙面板材料特性对组合墙体的受剪承载力影响较大,钢材强度对组合墙体的受剪承载力影响较小;随着墙架柱间距缩小、墙体高度减小、边缘自攻螺钉间距加密,组合墙体的受剪承载力明显增加。     

不同构造木、冷弯薄壁C型钢组合框架剪力墙受力性能的试验研究

由木规格材作为顶梁板和底梁板的冷弯薄壁型钢木结构是一种新型结构体系。通过对4组不同间距墙骨柱和不同间距自攻螺钉组成的冷弯薄壁型钢木框架组合剪力墙进行单向加载和反复加载试验,得到了该体系墙体的破坏形态、抗剪强度、抗侧刚度、荷载-位移等受力性能。试验结果表明：与标准构造的剪力墙相比,随着墙骨柱和边框架自攻螺钉间距的减小,剪力墙的抗剪强度和抗侧刚度提高;墙骨柱间距不同对剪力墙的影响大于自攻螺钉间距的影响。     

竖向荷载作用下冷弯薄壁型钢墙架柱的承载力

采用有限元法对冷弯薄壁型钢住宅墙架柱在竖向荷载作用下的承载力进行了分析。通过对不带墙板墙架柱和一面石膏板、一面定向刨花板墙架柱试验试件在竖向荷载作用下的承载力、破坏模式和变形分析,验证了有限元法的正确性。采用有限元法分析了墙板厚度、柱间距、螺钉间距等参数对墙架柱承载力的影响。结果表明,当墙板厚度在11 mm以上时,增大墙板厚度不能提高墙架柱的轴向承载力;当墙架柱间距由400 mm增大到600 mm时,轴向承载力略有提高;当中间螺钉间距大于600 mm时,减小螺钉间距可显著提高墙架柱轴向承载力;当中间螺钉间距小于600 mm时,继续减小螺钉间距对轴向承载力的提高不明显。分析了冷弯薄壁型钢住宅中常用墙架柱在竖向荷载作用下的承载力,给出了这种墙架柱轴向承载力的设计建议。     

冷弯薄壁型钢组合墙体墙架柱的轴压性能试验研究

对冷弯薄壁型钢组合墙体墙架柱的轴压性能进行试验研究,分析是否覆墙面板、墙面板材料、自攻螺钉间距以及墙架柱间距等因素对墙架柱在竖向荷载作用下的稳定承载力的影响。6块足尺组合墙体试件的试验结果表明:墙架柱覆墙面板后,竖向荷载下的稳定承载力提高明显;纤维增强硅酸钙防火板(CSB板)约束的墙架柱较单面定向刨花板(OSB板)约束的墙架柱稳定承载力提高18.8%;墙面板为OSB板采用常规螺钉间距150mm和300mm时,螺钉间距改变对墙架柱稳定承载力影响微小,但当墙面板为CSB板时,螺钉间距由300mm加密至150mm,稳定承载力反而减小;墙架柱间距增大时,其稳定承载力略有降低。通过研究GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》与试验结果的对比,提出各组合墙体墙架柱计算长度系数的建议取值,同时提出通过对规范公式添加修正系数来考虑各种因素对墙架柱稳定承载力影响的设计方法。     

冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,对10块冷弯薄壁型钢组合墙体足尺模型进行水平低周反复荷载试验,总结各试件的主要破坏形态和破坏过程,分析组合墙体的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、刚度退化和耗能等抗震性能指标。并在回归分析试验所得滞回曲线的基础上,考虑试件刚度退化、滑移及捏拢效应等影响,建立冷弯薄壁型钢组合墙体的退化四线型恢复力模型。研究表明:墙面板材料特性对冷弯薄壁型钢结构组合墙体的抗剪承载力影响较大;竖向荷载的施加使得组合墙体的刚度增大、承载力提高、位移延性系数提高,但耗能系数略有下降;随着墙架柱尺寸的增大、间距的减少,组合墙体的刚度和承载力增加,但是延性和耗能系数降低。     

冷弯薄壁型钢复合墙体受剪性能数值模拟及简化力学模型研究

冷弯薄壁型钢复合墙体是多层冷弯薄壁型钢房屋建筑结构的主要承重及抗侧力部件。为实现该类复合墙体受剪性能高效模拟与分析,建立了其OpenSees数值计算模型,能够较为准确地模拟同侧双层及其以上墙板覆面的轻钢复合墙体在低周往复荷载作用下的滞回性能,得到的滞回曲线具有明显的捏缩滑移特征,其水平极限荷载模拟结果与试验值的比值在0.90～1.14之间,抗剪刚度预测值整体偏于安全。在此基础上,对复合墙体的墙板上螺钉分布影响进行了分析,结果表明墙板板边螺钉的间距对复合墙体受剪性能影响较大,改变墙板板内螺钉间距对复合墙体受剪性能无明显影响。根据数值分析所获得的复合墙体的墙板处螺钉受力特征,提出改进的墙板螺钉简化力流模型。考虑了墙体边柱螺钉参与水平剪力分配,但不考虑墙板中部的螺钉贡献。简化的力流模型能够较真实地反映螺钉群受力情况,采用该模型预测的复合墙体水平极限荷载与试验结果的比值在0.91～1.18之间。     

加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能（英文）

通过对竖向荷载作用下加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能试验研究,考察了墙体的受力特性、破坏模式和滞回性能,分析了覆面板对组合墙体滞回性能、延性和耗能能力的影响。结果表明:相同竖向荷载作用下,单面覆OSB板墙体较无面板墙体的抗剪承载力提高了38.79%;墙架柱轴压比为0.24较轴压比为0.16的单面覆OSB板组合墙体抗剪承载力提高了7.5%,屈服位移降低了8.1%,墙体延性系数μ提高了4.5%,耗能系数E提高了4.1%,加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体体现出较好的抗震性能。在对有限元模型可靠性进行验证的基础上,通过变参数分析考察了墙架柱轴压比、钢龙骨屈服强度对墙体受力性能的影响规律,结果表明:随墙架柱轴压比的增大,组合墙体的抗剪承载力有所提高;减小钢龙骨的屈服强度,组合墙体的抗剪承载力下降明显。依据《低层冷弯薄壁型钢房屋技术规程》(JGJ 227—2011)和美国规范AISI S400-15,推导出墙体的抗力分项系数,确定了水平地震作用下此类墙体的抗剪承载力设计值。     

冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能分析

为研究冷弯薄壁型钢C形梁的受剪性能,在已有试验基础上,采用ABAQUS有限元分析软件建立非线性数值模型,对比试验与有限元结果的受剪承载力、试件破坏特征、荷载 跨中挠度曲线等;进而探讨了C形梁剪跨比、腹板高厚比、腹板厚度以及钢材强度等因素对冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能的影响。结果表明:剪跨比是影响冷弯薄壁型钢C形梁破坏特征的主要因素,当剪跨比在0.5~1.1之间时,C形梁处于纯剪切受力状态,此时破坏模式为剪切屈服;当剪跨比在1.1~2之间时,C形梁处于弯剪受力状态,此时破坏模式为弯剪破坏;随剪跨比的增加,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度均减小;当腹板高厚比在50~150之间时,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度随腹板高厚比增加而增大,跨中挠度减小;随着腹板厚度的增加,冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力及刚度明显提高;增加钢材强度可显著提高冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力,但对冷弯薄壁型钢C形梁的刚度影响较小。     

多层冷弯薄壁型钢结构住宅水平荷载分配关系研究

为了确定水平荷载在多层冷弯薄壁型钢结构住宅中的分配关系,基于冷弯薄壁型钢组合墙体和组合楼盖的试验研究成果,将组合墙体计算模型中上导轨简化为桁架单元,墙架柱简化为梁单元,覆面板等效为非线性对角弹簧,将组合楼盖计算模型中楼盖梁简化为桁架单元,面内剪切刚度由非线性对角弹簧的刚度确定,以达到合理简化组合墙体和组合楼盖计算模型的目的。采用ABAQUS有限元软件建立4层双跨冷弯薄壁型钢结构住宅模型,模拟分析水平荷载通过冷弯薄壁型钢组合楼盖传递至冷弯薄壁型钢组合墙体的分配关系,并通过6层足尺冷弯薄壁型钢结构房屋振动台试验,验证楼盖刚性和水平荷载分配关系的判定方法。研究表明：组合墙体和组合楼盖简化计算模型能较好地模拟冷弯薄壁型钢墙体和楼盖全过程的受力性能,与试验结果的误差小于20%,模型可用于简化分析组合墙体的受剪性能以及组合楼盖的面内受力性能;多层冷弯薄壁型钢结构住宅中采用的压型钢板上覆不同材料的组合楼盖型式均为刚性楼盖,水平荷载按剪力墙等效刚度的比例分配。     

半刚性冷弯薄壁C形钢框架抗震性能

针对采用半刚性节点连接的双肢冷弯薄壁C形钢框架,采用拟静力试验与有限元模拟相结合的方法,对9榀双层单跨框架进行抗震性能分析。分析了节点螺栓直径、节点板厚度、螺栓间距及节点板加腋大小等参数对框架抗震性能的影响。结果表明:增大螺栓直径、增加节点板厚度和节点板加腋均能提高框架的承载力,改善框架的抗震性能。当螺栓间距小于80mm时,框架的承载力及抗震性能随间距的增大而增大;当螺栓间距大于80mm时,承载力及抗震性能受其影响较小。使用8.8级M16高强度螺栓,框架节点板产生了较大的滑移,建议在框架设计时应对节点螺栓的抗剪承载力进行验算。     

Seismic analysis and connection optimization of the side column on modular prefabricated four-sided connected composite shear wall

A modular prefabricated four-side connected composite (MPFC) shear wall that consists of a composite shear wall modular (CSWM) and steel frame boundary elements is proposed. First, the finite element model (FEM) of the MPFC shear wall, which considers a plastic-damage constitutive model of both concrete and steel materials, is established based on the finite-element software ABAQUS. Second, the FEM accuracy of the MPFC shear wall is verified by the experimental results of a modular prefabricated two-sided connected buckling-restrained (MTB) steel plate shear wall. Third, the seismic performance of the MPFC shear wall is investigated based on the verified FEM. The connection between the CSWM and side column is optimized. Finally, the initial stiffness calculation formula of the MPFC shear wall that considers the impact of that the thickness ratio between the connection steel plate (CSP) and inner steel plate (ISP) is deduced. The results show that the peak bearing capacity, initial stiffness, total energy, and total strain energy of the MPFC shear wall increased by 42.47%, 44.81%, 113.24%, and 58.97%, respectively, compared with those of the MTB steel plate shear wall. The compressive corner damage of the reinforcement concrete faceplate (RCF) of the MPFC shear wall with a side column and CSWM is connected by a middle steel plate is effectively improved. Compared with those of the MPFC shear wall in which the side column and CSWM are connected by bolts, the shearing force, axial force, and bending moment of the side column of the MPFC shear wall in which the side column and CSWM are connected by the middle steel plate are notably decreased by 25.32%, 26.08%, and 39.51%, respectively. The FEM results are compared with the formula calculation results to establish its accuracy in calculating the initial stiffness of the MPFC shear wall.     

钢框架—内填冷弯型钢组合墙体抗剪性能

钢框架-内填冷弯薄壁型钢组合墙体结构体系可适用于多、高层建筑结构。利用SAP2000有限元软件分析了此体系在不同高宽比和钢框架截面尺寸下的承载力、侧移刚度、剪力分配情况。结果表明,钢框架、组合墙体可协同作用;组合墙体与钢框架之间剪力分配符合刚度分配原则;框架-内填冷弯薄壁型钢组合墙体抗侧刚度近似等于纯钢框架与组合墙体抗侧刚度之和。同时给出了钢框架、组合墙体协同工作的剪力分配计算简化公式,可用于此结构体系的抗剪设计。     

钢管高强混凝土剪力墙拉剪性能试验研究

进行了9个高宽比不大于1的钢管高强混凝土剪力墙试件的拉剪性能试验,研究了剪力墙中钢管高强混凝土含量、高宽比（剪跨比）、竖向分布筋配筋率、管外混凝土强度、初始拉力水平等因素对其在拉力和剪力共同作用下受力性能的影响。试验结果表明,钢管高强混凝土剪力墙在高轴拉力作用下仍具有很高的受剪承载力和良好的延性。在统计分析的基础上,提出了钢管高强混凝土剪力墙拉剪承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

混凝土空心砌块填充墙RC框架抗震性能试验研究

通过对4榀单层单跨填充墙RC框架试件在水平低周往复荷载作用下的抗震性能试验,研究了填充墙砌块类型及高宽比对框架结构抗震性能的影响,对试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、强度退化和耗能性能等进行了分析。试验结果表明：框架柱和填充墙的受剪承载力之比是影响结构破坏形态的重要因素,满足“强框架,弱填充墙”要求的4个试件均发生梁柱端塑性铰破坏,具有良好的抗倒塌性能;填充墙的存在影响了结构的滞回性能,提高了框架结构的抗侧刚度、水平承载力和滞回耗能能力;在相同位移幅值下,混凝土空心砌块填充墙的破坏程度比实心黏土砖填充墙的严重,存在一定的安全隐患。     

钢板攻丝高强螺栓连接钢框架节点力学性能试验研究

对采用钢板攻丝高强螺栓连接的钢框架节点分别进行了高强螺栓拉伸及剪切试验、钢柱法兰连接节点静力及拟静力试验、梁柱半刚性连接静力试验.基于试验数据对节点连接的承载能力、失效模式以及刚度特征等关键问题进行了分析.研究结果表明:由自攻螺纹钢板及高强螺栓构成的连接形式具有良好的抗拉、抗剪性能,以螺杆断裂为最终破坏模式;钢柱法兰连...     

高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土Z形截面柱框架节点在地震作用下的抗震性能,对缩尺比为1∶2的5榀配置高强箍筋和1榀配置普通强度箍筋的高强混凝土Z形截面柱框架节点试件进行拟静力试验。研究了高强箍筋约束高强混凝土节点的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化、受剪承载力以及高强箍筋应力发挥水平等。分析了剪压比、轴压比、箍筋的体积配箍率等参数对Z形截面柱框架节点破坏形态、滞回性能和受剪承载力的影响。结果表明：Z形截面柱节点的破坏形态受设计参数的影响,有弯曲破坏和弯剪破坏两类;与普通强度箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点相比,高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点在显著提高节点最大剪压比控制值的同时具有优越的抗震性能。给出了高强箍筋应力的取值,采用JGJ 149—2017《混凝土异形柱结构技术规程》公式计算高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点的受剪承载力是可行的,将其计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。     

边缘配置高强纵筋装配式中高强再生混凝土剪力墙抗震性能研究#br#

为促进高性能绿色建筑结构发展,推动高强钢筋和中高强再生混凝土的工程应用,研发了边缘构件采用环筋扣合连接方式且配置高强纵筋的装配式中高强再生混凝土剪力墙,对6个剪跨比为2.2的装配式混凝土剪力墙进行了低周反复荷载试验。分析了不同再生粗骨料取代率、混凝土强度、边缘暗柱纵筋强度及搭接位置对装配式再生混凝土剪力墙的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标以及可恢复性能的影响。试验结果表明：边缘构件配置高强钢筋的装配式中高强再生混凝土剪力墙的破坏形态以弯曲破坏为主;再生粗骨料取代率对装配式中高强再生混凝土剪力墙的承载力、延性和耗能能力影响不大,各剪力墙均具有较好的抗震性能;边缘暗柱采用HRB600纵筋可有效提高装配式中高强再生混凝土剪力墙的承载力、耗能能力和可恢复性能;边缘暗柱纵筋在剪力墙底部塑性铰区搭接,会导致装配式中高强再生混凝土剪力墙的延性明显下降。给出了边缘配置HRB600纵筋的装配式中高强再生混凝土剪力墙水平承载力计算式,计算结果表明普通混凝土剪力墙的水平承载力计算模型同样适用于该装配式剪力墙结构。     

不同截面形式高强混凝土剪力墙抗震性能研究

对6个带端柱高强混凝土剪力墙试件(DHPCW)和6个矩形截面型钢高强混凝土剪力墙试件(SHPCW)进行了拟静力试验,分析研究了二者的破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力.结果表明:带端柱高强混凝土剪力墙与矩形截面型钢高强混凝土剪力墙相比,前者的开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载和极限荷载分别是后者的1.25～1.36倍、1...     

新型全螺栓连接钢框架抗震性能试验研究

针对方钢管柱与H形钢梁难栓接的问题,提出了一种新型全螺栓连接方式。这种连接方式舍去传统螺栓连接的螺帽,由直接在柱壁相应位置的攻丝充当,然后通过高强度螺栓把钢梁和方钢管柱直接连接。为了研究新型全螺栓连接方式运用在钢框架上的抗震性能,按照1:2比例模型,分别制作了采用传统栓焊连接方式(KJ-1)和新型全螺栓连接方式(KJ-2)的单层单跨钢框架。通过低周往复加载试验,对比分析了两者的破坏现象、承载力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化以及延性等抗震性能。结果表明,KJ-2比KJ-1承载力提高了16.1%,延性增加了13.7%,耗能提高了9.5%;二者的刚度退化程度接近。总体而言,采用新型全螺栓连接钢框架的抗震性能稍优于采用传统栓焊连接的钢框架的抗震性能。     

带PEC柱的钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为了解决薄钢板剪力墙结构中框架柱易发生破坏而失效的问题,将强度高、刚度大的PEC柱引入薄钢板剪力墙结构,作为竖向边缘构件形成PEC-SPSW结构,分别对1榀带H形钢柱、2榀带PEC柱的钢板剪力墙结构,进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究。通过分析该结构的承载力、初始刚度、耗能能力、应力分布及破坏模式,得到了带PEC柱的钢板剪力墙结构具有更好的抗侧刚度、承载力和耗能性能。PEC柱构件对薄钢板有更好的锚固约束作用,从而使得薄钢板充分发挥屈曲后强度作用,带PEC柱的钢板剪力墙结构有更好的发展前景。