波形钢板组合墙对拉螺栓受力机理及设计方法

波形钢板组合墙由双层波形钢板、内填混凝土以及对拉螺栓组成,具有良好的受力特性.对波形钢板组合墙中对拉螺栓极限状态及极限状态后的受力机理进行了分析.通过理论推导得到螺栓拉力的理论公式,从中提炼影响较大的重要参数.在此基础上建立精细化有限元模型,通过有限元结果与试验结果对比,得到与试验结果更加吻合的有限元模型,并用于参数分析.最终通过数值计算,得到波形钢板组合墙对拉螺栓拉力的设计公式.     

钢板-混凝土组合墙压弯承载力计算模型

基于全截面塑性理论,提出了钢板混凝土(SC)组合墙压弯承载力计算模型。试验与有限元计算结果均表明,该计算模型具备精度高和简单实用的双重特点。有限元计算结果还表明,对于剪跨比小于1.0的SC组合墙,建立的压弯模型不再适用,原因在于剪力的耦合作用不可忽略,建议加强对小剪跨比SC组合墙抗剪承载力试验和机理的研究。     

钢板-混凝土组合墙平面内受力性能研究北大核心CSCD

从单元和构件两个层次研究了钢板-混凝土(SC)组合墙的平面内受力行为。在单元层次上,基于已有SC组合墙单元平面主内力空间屈服面,推导了SC组合墙单元的压(拉)剪承载力计算模型;在构件层次上,利用ABAQUS有限元软件,研究了SC组合墙构件在平面内轴向力、剪力及弯矩复合作用下的受力性能,得到剪跨比、轴压比、钢板厚度及混凝土厚度等关键参数对其平面内受力性能的影响,并利用推导的压(拉)剪承载力计算模型对计算结果进行了分析。     

栓钉连接双钢板-混凝土组合剪力墙抗剪性能数值分析（英文）

双钢板-混凝土组合剪力墙结构是一种新型高层建筑抗侧力构件,具有良好的应用价值和发展前景。根据其他学者的试验结果,结合相关文献中连接件的剪切滑移公式,拟合得出抗剪栓钉的剪力-滑移关系,并通过有限元软件ANSYS建立了双钢板-混凝土组合剪力墙的有限元模型。以分析组合剪力墙的剪切性能为目的,采用相关假定简化模型并与已有试验结果对比,验证有限元模型的合理性。采用验证过的有限元模型进一步对双钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪性能进行非线性分析,研究抗剪栓钉间距、钢板厚度、混凝土板厚度、混凝土强度等级及组合剪力墙跨高比等主要参数的影响。数值结果表明,钢板、混凝土板厚度以及混凝土强度对双钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力的影响最显著,而栓钉间距会影响组合剪力墙的受剪破坏模式。     

箱板式钢结构住宅底部加强区的单片组合墙体有限元分析

提出一种既能承压又能抗剪的新型组合钢板墙,通过有限元软件ABAQUS分析其与普通钢板墙、带竖向加劲肋钢板墙在水平往复荷载作用下的承载力和滞回性能的异同点;着重分析螺栓间距、混凝土板厚度、钢板高厚比、钢板与混凝土板间隙和竖向荷载对组合墙承载力和滞回性能的影响。分析结果表明:组合钢板墙中加劲肋和混凝土板的存在有效抑制了钢板的平面外屈曲变形,提高了承载能力和滞回性能;螺栓间距越小,承载能力和滞回性能越好;混凝土板厚度越大,滞回性能越好;钢板高厚比越小,承载能力和滞回性能越好;钢板与混凝土板间隙对承载能力和滞回性能影响很小;竖向荷载越大,延性越差,耗能能力越强。     

多腔波形钢板组合墙的轴压整体稳定性能研究

为了降低钢板混凝土组合墙的用钢量、提高其承载效率,同时避免大量使用剪力连接件,提出了多腔波形钢板组合墙,该组合墙由钢管混凝土柱和内填混凝土的双波形钢板交替连接组成。为了得到墙体稳定承载性能的影响因素,对6片高厚比为20.0和16.7的多腔波形钢板组合墙进行轴压试验,其中波形钢板包括梯形波折板和正弦波浪板两类。试验结果表明：试件承载力均由整体稳定控制,加载过程中所有墙体都出现了整体失稳破坏并伴随钢板局部屈曲,而波形钢板与钢管间的焊缝保持完好;增加墙体厚度(即降低高厚比)可以有效提高试件稳定承载力。采用ABAQUS软件建立精细化有限元分析模型,并将试验结果与有限元模拟结果进行对比,发现有限元能较好模拟多腔波形钢板组合墙的轴压整体稳定性能。采用经验证的有限元模型分析了高厚比、截面尺寸、混凝土强度以及波形钢板形式对组合墙轴压稳定性能的影响,发现钢管混凝土柱的板厚和宽度对承载力的影响随组合墙高厚比的增大逐渐增大,波形腔宽度和混凝土强度的影响随高厚比的增大逐渐减小,波形钢板厚度和波形钢板形式对承载力影响较小。提出了多腔波形钢板组合墙稳定系数的计算公式,有限元结果与公式计算结果的比值大部分在1.00...     

钢板混凝土剪力墙抗剪性能试验研究

完成了2个内嵌钢板混凝土墙试件和3个外包钢板混凝土墙试件在恒定轴压力和往复剪切作用下的拟静力试验,用以研究钢板混凝土剪力墙的抗剪性能。墙试件采用工字形截面,剪跨比为1.2,腹板墙截面含钢率约6%。试验结果表明：试件腹板墙发生剪切破坏;当设计轴压比由0.3提高至0.6时,试件的受剪承载力略有提高,极限位移角减小约20%;在轴压比相同和腹板墙含钢率相近的情况下,外包钢板混凝土墙的变形能力比内嵌钢板混凝土墙大约20%;采用竖向加劲肋-缀条拉结代替栓钉-对拉螺栓连接,外包钢板混凝土墙的受剪承载力差异不大,但变形能力显著增大。对国内外46个钢板混凝土墙试验数据的分析表明,按中国规程 JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》计算得到的受剪承载力平均为试验值的78%,计算公式偏于安全;而美国规范AISC 341-10和欧洲规范Eurocode 8的计算公式仅考虑钢板的抗剪贡献,计算值仅为试验值的51%,严重低估了钢板混凝土墙的受剪承载力。对大量剪力墙试验数据的分析表明,钢板混凝土墙的剪切变形能力显著优于钢筋混凝土墙和钢骨混凝土墙。     

新型双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析研究

针对栓肋混合拉接的新型双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能进行了有限元分析。该剪力墙面层钢板间通过肋板及栓钉连接,中间填充混凝土。基于ABAQUS有限元分析软件建立了该剪力墙的精细化有限元模型。详细研究了钢板厚度与是否布置抗剪栓钉对该剪力墙在水平低周往复荷载作用下的滞回性能的影响。结果表明:新型双钢板混凝土组合剪力墙滞回曲线饱满,没有捏缩现象发生,整体构件抗震性能良好,具有较好的延性。钢板厚度的增加使截面含钢量提高,承载力和刚度明显提升,耗能能力增强;布置抗剪栓钉提高了试件加载后期的强度,延缓了试件在破坏阶段承载力下降过程的出现,提高了延性。     

波形钢板-混凝土组合墙浇筑过程受力特性研究

采用试验实测、有限元分析与理论计算的方法,研究高度为12. 73,10. 87m的超高波形钢板-混凝土组合墙,在混凝土浇筑阶段钢板承受的侧压力。通过比较试验数据和计算结果发现,自密实混凝土对模板的侧压力只在浇筑初期的很短时间段内较大,初凝后侧压力迅速降低到较小水平。波形钢板的对拉螺栓受力随高度增加以指数形式降低,表示模板底部所受侧压力随高度变化以指数形式降低。设计模板和对拉螺栓时,可按公式F=γcH计算最大侧压力。     

连接件对钢板混凝土组合墙轴压性能影响试验

为研究连接件形式不同对钢板混凝土组合墙受力和变形性能的影响,进行了4个双钢板混凝土组合墙试件(栓钉和对拉螺栓比例不同)的轴压试验和有限元数值模拟。结果表明：4个试件均为脆性破坏,除试件DSW-12外,破坏过程基本相同,均为外钢板屈服、面外局部屈曲、形成贯通屈曲,混凝土压碎,侧焊缝拉开,试件丧失承载力。钢板首次出现屈服或面外局部屈曲时对试件整体刚度影响不大。对拉螺栓的相对比例对双钢板混凝土组合墙的轴向受压刚度、承载力、钢板的局部屈曲荷载和破坏形态影响不大;但对面外局部变形有抑制作用。相同截面、距厚比试件,采用对拉螺栓的比例越高,破坏时钢板局部屈曲变形越小。     

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。     

钢板-混凝土组合剪力墙受剪性能试验研究

通过11片高宽比为1.5、轴压比为0.5的钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究,对比了不同连接形式钢板-混凝土组合墙受剪破坏形态、极限承载力及延性性能。试验表明,钢板-混凝土组合墙中型钢、钢板与混凝土可很好地协同工作,而且四周焊接的钢板-混凝土组合墙可大幅度提高受剪承载力,而延性与普通配筋墙相当或略高;采用连接板与周边型钢连接的钢板-混凝土组合墙,其承载力提高幅度取决于连接板的强度,延性性能较好。基于承载力叠加原理提出的钢板-混凝土组合剪力墙受剪承载力设计计算公式与试验结果吻合较好,并具有适当的安全度,同时还提出了钢板-混凝土组合剪力墙受剪截面控制条件的建议公式。     

不同构造内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验研究

为研究在高轴压比下内置钢板 混凝土组合剪力墙中钢板与混凝土墙体的协同工作性能,以北京中国尊大厦核心筒剪-力墙为原型,进行了4个1/4缩尺的内置钢板混凝土组合剪力墙轴压性能试验。4个试件的几何尺寸相同,区别在于钢板与混凝土连接构造不同。采用单向重复加载方法,分析了各试件的承载力、刚度退化、应力分布、变形能力等,进行了轴压承载力计算。结果表明：各试件达到极限承载能力时,钢板轴力分担比率在25%~32%之间,内置钢板的抗压能力得到发挥;与无拉结钢筋、无栓钉的试件相比,钢板中部设置长栓钉的试件承载力提高23.6%,轴向变形提高22.6%,刚度退化减缓17.42%,钢板与混凝土协同工作性能好;采用强度叠加理论进行内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

Seismic behavior of steel plateconcrete composite shear walls with unbonded steel bars at the ends

为了提高钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能和可恢复性能，提出一种端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙，通过无黏结高强钢筋为墙体提供恢复力。进行了4个剪跨比2.28的钢板混凝土组合剪力墙低周反复荷载试验，分析了端部配置无黏结高强钢筋对试件的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能能力和可恢复性能的影响。试验结果表明：端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙最终发生压弯破坏，破坏截面应变基本符合平截面假定；端部配置无黏结高强钢筋提高了钢板混凝土组合剪力墙的承载力、变形能力、初始刚度和耗能能力；在内置钢板混凝土组合剪力墙端部配置无黏结高强钢筋可减轻受压区混凝土的破坏程度，减小墙体残余变形和裂缝宽度，具有较好的可恢复性能。给出了端部配置无黏结钢筋钢板混凝土组合剪力墙的水平承载力计算方法，计算结果与试验结果符合较好，误差在15%以内。     

端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙抗震性能

为了提高钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能和可恢复性能,提出一种端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙,通过无黏结高强钢筋为墙体提供恢复力。进行了4个剪跨比2.28的钢板混凝土组合剪力墙低周反复荷载试验,分析了端部配置无黏结高强钢筋对试件的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能能力和可恢复性能的影响。试验结果表明：端部配置无黏结钢筋的钢板混凝土组合剪力墙最终发生压弯破坏,破坏截面应变基本符合平截面假定;端部配置无黏结高强钢筋提高了钢板混凝土组合剪力墙的承载力、变形能力、初始刚度和耗能能力;在内置钢板混凝土组合剪力墙端部配置无黏结高强钢筋可减轻受压区混凝土的破坏程度,减小墙体残余变形和裂缝宽度,具有较好的可恢复性能。给出了端部配置无黏结钢筋钢板混凝土组合剪力墙的水平承载力计算方法,计算结果与试验结果符合较好,误差在15%以内。     

两边连接钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

对两边连接钢板-混凝土组合剪力墙和两边连接钢板剪力墙进行了拟静力试验,研究了组合剪力墙在反复荷载作用下的力学性能,分析了混凝土板对组合剪力墙承载力和耗能能力的影响。采用有限元软件ANSYS分析了两边连接钢板-混凝土组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢板剪力墙和组合剪力墙均表现出良好的延性;组合剪力墙中混凝土板的存在明显提高了其承载力和耗能能力,有效限制了钢板的平面外屈曲变形;在文中分析的参数范围内,当混凝土板厚度超过一定限值时能有效限制钢板的平面外变形,两边连接钢板 混凝土组合剪力墙的承载力主要与跨高比有关,随着跨高比的增加,组合剪力墙的承载力逐渐提高。     

双波形钢板剪力墙滞回性能研究

为研究双波形钢板剪力墙的滞回性能,利用有限元软件ABAQUS分别建立单波形钢板剪力墙与双波形钢板剪力墙的有限元模型,对2种波形钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,研究了内嵌波形钢板的设计参数对双波形钢板剪力墙滞回性能的影响规律,给出了波形钢板设计参数的取值建议。结果表明:与单波形钢板剪力墙相比,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力及耗能能力均提高,但其延性有一定程度的降低; 内嵌波形钢板的厚度与波形几何尺寸是影响双波形钢板剪力墙滞回性能的关键参数,随着厚度的增大,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力、耗能能力及延性均提高; 随着波长的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度提高,但承载能力及耗能能力降低; 随着波幅的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度降低,但承载能力及耗能能力均提高。     

Seismic performance of corrugated steel plate concrete composite shear walls

In this paper, composite shear walls with different encased steel plates (flat, horizontal corrugated, and vertical corrugated) were tested and simulated by Abaqus to investigate the seismic behavior of corrugated steel plate concrete composite shear walls (SPCSWs). The failure characteristics, deformation and energy dissipation capacity, and stiffness and bearing capacity of the structures under low‐frequency cyclic load were analyzed, and indexes of the seismic performance were obtained. The formulas of the shear‐bearing capacity of steel plate concrete composite shear walls are suggested, and the shear‐sharing ratio of each member is obtained. According to the obtained results, corrugated steel plates can bond with concrete well, and the bearing capacity of the vertical corrugated SPCSW are higher than that of the horizontal corrugated SPCSW. Compared with flat SPCSW, corrugated SPCSW has higher initial stiffness and lateral stiffness, better ductility and energy dissipation ability, and the degradation of bearing capacity and stiffness is slower. The shear‐sharing ratio of a steel plate is larger than that of reinforced concrete in the flat SPCSW and the vertical corrugated SPCSW, the shear force shared by steel plate and reinforced concrete in horizontal corrugated SPCSW is basically the same.     

Experimental study on seismic behavior of double-skin corrugated plates and concrete composite shear wall

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验，观察了试件的破坏过程，获取了应变分布数据，分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比，竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高，承载力及刚度退化更为缓慢，延性更好；在承载力接近的情况下，双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的；设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低，使其破坏阶段的承载力退化减缓，且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性，防止其发生面外破坏；试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力，但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快，延性变差；增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度，对延性和耗能能力影响并不显著；采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算，试验结果与计算值吻合良好。     

双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验,观察了试件的破坏过程,获取了应变分布数据,分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比,竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高,承载力及刚度退化更为缓慢,延性更好;在承载力接近的情况下,双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的;设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低,使其破坏阶段的承载力退化减缓,且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性,防止其发生面外破坏;试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力,但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快,延性变差;增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度,对延性和耗能能力影响并不显著;采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。