Experiment and calculation on seismic behavior of RC composite core walls with concealed steel truss

To improve the seismic performance of reinforced concrete core walls, reinforced concrete composite core walls with concealed steel truss were proposed and systemically investigated. Two 1/6 scale core wall specimens, including a normal reinforced concrete core wall and a reinforced concrete composite core wall with concealed steel truss, were designed. The experimental study on seismic performance under cyclic loading was carried out. The load-carrying capacity, stiffness, ductility, hysteretic behavior and energy dissipation of the core walls were discussed. The test results showed that the seismic performance of core walls is improved greatly by the concealed steel truss. The calculated results were found to agree well with the actual measured ones. __________ Translated from Journal of Beijing University of Technology, 2008, 34 (4): 379–386 [译自: 北京工业大学学报]     

内置钢板与内置钢桁架混凝土组合剪力墙抗震性能对比研究

通过对2组内置钢板混凝土组合剪力墙和内置钢桁架混凝土组合剪力墙拟静力试验的模拟,确定计算模型的建立方法,并选取2片相同含钢率的内置钢板混凝土组合剪力墙和内置钢桁架混凝土组合剪力墙模型进行侧向低周反复荷载作用下的计算分析,对比了2片剪力墙模型的承载力、刚度及其退化过程、延性、耗能及滞回特性,并选取实际工程为算例,对采用两种组合剪力墙的整体结构从抗侧刚度、破坏模式、层间位移角、位移时程及塑性发展等方面进行了抗震性能的对比。研究结果表明：对于构件层次,随着墙体高宽比的增大,内置钢板混凝土组合剪力墙的承载力、耗能能力及延性逐渐优于内置钢桁架混凝土组合剪力墙;对于结构层次,当墙体高宽比较大时,采用内置钢板混凝土组合剪力墙结构的抗震性能要优于采用内置钢桁架混凝土组合剪力墙的结构。     

Experimental study on seismic behavior of mid-rise RC shear wall with concealed truss

In this paper, mid-rise shear wall with concealed truss was proposed. This new composite shear wall includes two kinds of composition: one is the composition of two bearing systems, including truss and shear wall, and the other is the composition of two materials, including steel and concrete. Therefore, it is a double composite shear wall. The experimental study on the seismic behavior of six 1/3 scale mid-rise shear walls, including an ordinary mid-rise shear wall, a mid-rise shear wall with steel frame, and four mid-rise shear wall with concealed truss made of different materials, was studied. Based on the experimental study, the stiffness and its attenuation, bearing capacity, ductility, hysteretic property, energy dissipation, and failure phenomena of each shear wall were contrastively analyzed. The formulas of bearing capacity and stiffness were established. The results obtained from the formulas and those from experiment are in good agreement. Some suggestions for seismic design of shear wall are given in this paper. The experimental results show that the seismic behavior of the mid-rise shear wall with steel frame and that of every truss with different materials is obviously improved.     

内置型钢桁架高强混凝土低剪力墙抗震性能研究

通过对3个1/4缩尺、剪跨比为1.0的内置型钢桁架高强混凝土低剪力墙试件进行拟静力试验,研究其在低周反复荷载作用下的抗震性能.分析了不同暗柱型钢类型及暗支撑型钢配钢率对试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性以及侧向刚度退化的影响.采用有限元软件ABAQUS对试件进行数值模拟.结果表明:内置型钢桁架高强混凝土低剪力墙试件具有弯曲破坏的特征,试件的位移延性与普通高强混凝土低剪力墙相比有明显提高、后期侧向刚度退化曲线更加平缓,说明内置型钢桁架提高其抗震性能的有效性;暗柱型钢及暗支撑型钢配钢率对试件的受剪承载力影响不明显,但对位移延性以及滞回耗能影响显著,当暗支撑相同时,暗柱型钢配钢率提高,试件的受剪承载力有所提高;暗柱型钢相同时,暗支撑型钢配钢率提高能显著提高试件的位移延性和滞回耗能能力.ABAQUS数值模拟结果与试验结果吻合较好.     

钢筋混凝土带暗支撑筒体抗震性能试验研究

钢筋混凝土筒体是高层建筑中最主要的抗侧力体系,目前对钢筋混凝土筒体的试验研究较少,且提高筒体抗震性能的措施研究方面更少。在暗支撑剪力墙研究的基础上,本文进一步提出了钢筋混凝土带暗支撑筒体,通过1个1/6缩尺的带暗支撑筒体与1个普通筒体的低周反复荷载试验,对比分析破坏特征、承载力、刚度、延性、滞回特性、耗能能力及钢筋应变。试验表明,与普通核心筒体相比,带暗支撑筒体的抗震耗能能力显著提高,抗震性能明显改善。     

钢筋混凝土核心筒抗震性能试验研究

设计了5个钢筋混凝土核心筒试件并进行了拟静力试验,对其开裂过程、屈服顺序、滞回性能、耗能能力、承载力、延性、变形能力、刚度退化、截面应变及剪力滞后等进行研究,得到了试件开裂、屈服直至破坏时的荷载,分析了核心筒的破坏机理和较大塑性变形区域受力情况,研究了试件高宽比、连梁纵筋配筋率、连梁跨高比及加载角度等因素对核心筒的破坏模式、承载力、延性、耗能能力和剪力滞后的影响。研究结果表明,高宽比对核心筒结构的承载力和变形性能有较大影响,并决定着核心筒的破坏模式;过度增大连梁纵筋配筋率在提高侧向承载力的同时降低了试件的延性;增大连梁跨高比可以显著提高核心筒的侧向刚度和承载力,但也严重影响了试件开裂后的性能,变形能力较差;不同加载角度的侧向力改变了整个核心筒的受力承载模式,各墙肢积极参与受力,空间效应明显,增大加载角度仍可获得较好的滞回性能。     

方钢管混凝土暗柱内嵌钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

以某超高层建筑核心筒剪力墙结构为原型,对两端为方钢管混凝土暗柱的内嵌钢板 高强混凝土组合剪力墙进行了拟静力试验研究。试验设计了3个剪跨比为2.0、设计轴压比为0.5的1∶7模型试件,主要变化参数为混凝土强度等级和含钢率。试验结果表明：试件的破坏形态主要为暗柱钢板竖向焊缝开裂、暗柱内混凝土压溃和底部外包钢板局部屈曲,墙中部混凝土的弯剪斜裂缝发展不明显;3个试件的滞回曲线都较为饱满,具有较高的耗能能力,承载力极限状态时的等效黏滞阻尼系数约为0.22;3个试件的屈服位移角平均值为1/214,极限位移角平均值为1/58,延性系数平均值为3.77;在整个加载过程中,弯曲变形和剪切变形对顶点位移的贡献比例基本保持不变,由剪切变形产生的顶点位移约占总顶点位移的20%。     

钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点抗震性能试验研究

结合中国科学技术新馆工程对钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点进行抗震性能试验研究。根据两组四个试件的低周往复试验结果,对节点的强度、刚度、延性、耗能能力和变形性能进行综合评估,结果表明钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点具有良好的承载能力、延性、耗能能力和变形恢复能力,抗震性能优越。同时,还讨论了不同破坏模式对节点抗震性能的影响以及栓钉布置对钢骨和混凝土协同工作的影响,结果表明梁端弯曲破坏模式的抗震性能优于节点区剪切破坏模式,钢骨混凝土柱是否布置栓钉对钢骨和混凝土之间的协同工作影响不大。试验研究为中国科学技术新馆工程整体结构弹塑性时程分析提供依据,是结构整体抗震性能评估的重要基础,研究结论可为钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点在工程中的应用提供参考。     

内置轻钢桁架混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

将冷弯薄壁型钢桁架配置在普通钢筋混凝土剪力墙中代替钢筋而形成轻钢桁架混凝土组合剪力墙。为研究该类墙体的抗震性能,对两组共6个内置轻钢桁架混凝土组合剪力墙进行拟静力试验,研究轴压比和斜撑体积配钢率对其滞回性能、变形性能、刚度退化以及耗能能力的影响。对比了低矮剪力墙和中高剪力墙的位移延性和耗能能力。结果表明：轴压比对该类剪力墙的变形能力和耗能能力均不利,应予以控制;斜撑体积配钢率对提高低矮墙的延性、耗能能力效果明显,但对承载力的提高作用较小;对中高剪力墙,斜撑体积配钢率的增加,对其耗能能力不利。     

钢筋混凝土剪力墙构件地震损伤性能试验

为了研究剪力墙的地震损伤和基于位移的抗震性能设计,对7片不同设计参数的钢筋混凝土剪力墙构件进行了低周反复加载试验,记录了构件各损伤阶段的变形和裂缝宽度。根据试验结果,对比研究了轴压比、边缘构件配箍率、截面形式对剪力墙构件延性、承载力、变形特点和地震损伤的影响规律。研究结果表明:随着轴压比增大,构件承载力增大,剪切效应增大,延性降低,残余裂缝率减小;随着变形的增大和损伤加剧,构件剪切效应增强;工字形截面构件剪切效应更明显,裂缝开展较慢。     

带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,制作10个钢板之间采用八螺母螺栓连接的钢板-混凝土组合剪力墙试件并对其进行拟静力试验,研究试件的破坏模式、变形能力及耗能能力,得到试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线、刚度退化曲线、位移延性系数以及累计耗能曲线等,分析高宽比、约束拉杆间距、钢板厚度、核心混凝土厚度、轴压比及边缘增设型钢对试件抗震性能的影响。结果表明：钢板之间采用八螺母螺栓连接可行,带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能较好,随高宽比降低、约束拉杆间距减小、钢板厚度增大、核心混凝土增厚及边缘增设型钢,其抗震性能增强;端部增设型钢可显著提高试件承载力;减小约束拉杆间距可显著提高试件的延性。     

Experimental study on seismic behavior of concrete shear walls with steel support

为研究型钢类型对型钢支撑混凝土剪力墙抗震性能的影响,进行了3个1/3缩尺的型钢支撑混凝土剪力墙和1个普通钢筋混凝土剪力墙对比试件低周反复荷载下的试验研究。得到了其破坏过程和破坏模式,并且分析了不同型钢类型对剪力墙承载能力、裂缝开展、刚度、延性及耗能的影响。试验结果表明：支撑对剪力墙的承载能力、刚度、延性及耗能性能均有较大提升作用。X形槽钢、X形角钢和X形工字钢支撑剪力墙的承载力分别比对比试件提高了71.8%、59.6%和49.4%,其延性系数分别提高了38.3%、5.3%和14.5%;型钢支撑混凝土剪力墙的刚度退化速率更加缓慢,而且中后期刚度明显优于对比试件;型钢支撑混凝土剪力墙的塑性区范围较对比试件大幅增加,试验得到的滞回环也更加饱满。     

角钢桁架型钢混凝土梁纯扭性能试验研究

为了研究角钢桁架型钢混凝土梁在扭矩作用下的受力性能,进行了6根角钢桁架型钢混凝土梁和1根钢筋混凝土对照梁纯扭试验。通过试验研究,揭示了角钢桁架型钢混凝土梁在纯扭作用下的受力机理与破坏形态,分析了角钢桁架型钢混凝土梁受扭性能的影响因素。试验结果表明,角钢桁架型钢混凝土梁比普通钢筋混凝土梁的抗扭性能有很大的提高,大体上随着腹杆体积配钢率的提高而增大,其中增加斜腹杆试件的抗扭性能最好。     

不同连梁跨高比混凝土核心筒抗震性能试验研究

为了进一步研究钢筋混凝土核心筒体的抗震性能,对两个钢筋混凝土核心筒试件进行了水平低周反复荷载试验,重点研究不同连梁跨高比下核心筒的破坏机理、承载能力、耗能能力、延性、剪力滞后等方面的抗震性能。发现核心筒试件最后均为底部发生整体弯曲破坏,随着连梁跨高比从1.7下降到0.9,核心筒试件的刚度和承载能力有明显提高,但同时延性性能和耗能能力显著下降。分析表明,连梁跨高比对钢筋混凝土核心筒的抗震性能有较大影响。     

不同支撑形式的型钢混凝土剪力墙抗震性能试验研究

型钢混凝土剪力墙具有强度高、刚度大、稳定性好等优点,广泛应用在高层建筑中。为研究不同支撑形式对型钢混凝土剪力墙抗震性能的影响,进行了3个1/3缩尺的型钢混凝土剪力墙(型钢支撑布置形式分别为X型、AC1型和AC2型)和1个普通混凝土剪力墙对比试件在低周反复荷载作用下的试验研究,得到了其破坏过程的变化规律和破坏模式,分析了不同型钢支撑类型对剪力墙抗剪承载能力、裂缝开展、刚度、延性及耗能的影响规律。试验研究表明:型钢支撑对剪力墙的承载能力、刚度、延性及耗能性能均有较大幅度提高。试验研究表明:AC1型、AC2型和X型型钢支撑的剪力墙极限承载能力较普通混凝土剪力墙分别提升了71.9%、64.6%和49.4%,其延性系数分别提高了19.3%、5.0%和14.5%;型钢混凝土剪力墙的刚度退化速率与普通混凝土剪力墙相比更加缓慢,而且中后期刚度明显优于普通混凝土剪力墙;型钢混凝土剪力墙的塑性区范围较普通混凝土显著增加,试验获得的滞回曲线也更加饱满。     

钢板带加强型型钢混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究

为进一步改善一字型内置竖向型钢混凝土低矮剪力墙的抗震性能,设计和完成了2个剪跨比为1.0的钢板带加强型内置竖向型钢混凝土低矮剪力墙低周往复水平加载试验,并与1个未设置钢板带的内置竖向型钢混凝土低矮剪力墙进行对比分析。试验结果表明:钢板带的设置使剪力墙的水平承载力有显著提升,极限位移角提高20%左右,满足了相关规范极限位移角大于1/100的要求;钢板带的设置使试件破坏模式发生变化,总耗能有大幅度提升;钢板带的设置要适度,不能过强,以免形成新的薄弱区。     

钢筋混凝土带暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究

提出了一种新型钢筋混凝土延性双肢剪力墙,即带暗支撑双肢剪力墙,进行了3个四层双肢剪力墙1/4缩尺模型的抗震性能试验研究。较系统地分析了结构的刚度及其衰减过程,以及承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等。试验结果表明在连梁中加配交叉斜筋对提高承载力和延性效果显著,但对两道抗震防线的控制不太理想;两墙肢加设暗支撑后,两墙肢抗震能力明显增强,有明确的两道抗震防线,同时结构整体变形和耗能能力显著增强,带暗支撑双肢剪力墙的关键在于合理地控制了剪力墙的破坏机制。文中还建立了带暗支撑双肢剪力墙的力学模型、承载力计算公式,计算结果与实测值符合较好。     

一级抗震预应力型钢混凝土空腹桁架转换层框架结构三道防线抗震设防设计方法

基于"强化转换层及其下部、相对弱化转换层上部"的抗震设计理念,提出了一级抗震大跨度预应力型钢混凝土(PSRC)空腹桁架转换层框架结构"三道防线抗震设防"的设计目标,明确了三道防线的具体划分方法、各防线内力调整措施初步方案以及主要抗震性能的量化控制指标.然后,以两榀不同上抬层数的8度(0.2g)一级抗震的两跨PSRC空腹...     

压弯剪扭复合受力下空腹式槽钢混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究槽钢混凝土L形截面柱的抗震性能,对6个L形截面柱开展了压弯剪扭复合受力下的拟静力试验。通过试验观察L形柱的破坏特征,得到其荷载-位移、扭矩-扭转角滞回曲线以及主要试验阶段的特征点参数。基于实测数据,重点分析扭弯比和肢高肢厚比对L形柱的滞回曲线、刚度退化以及延性系数等受力性能的影响。结果表明：L形柱的破坏模式可根据扭弯比的大小分为弯曲破坏、弯剪破坏、弯扭破坏以及扭剪破坏。荷载-位移滞回曲线呈较饱满的弓形,扭矩-扭转角滞回曲线出现“荷载跌落”现象。扭矩的存在使得构件的损伤更严重,耗能更大。当扭弯比为0.89、肢高肢厚比为3.0时,L形柱的延性较好,其延性系数满足规范要求;当扭弯比为0.25、肢高肢厚比为2.5时,L形柱具有较好的抗倒塌能力,其层间位移角满足规范要求。     

Comparison of nonlinear behavior of steel moment frames accompanied with RC shear walls or steel bracings

In this paper, the seismic behavior of dual structural systems in forms of steel moment‐resisting frames accompanied with reinforced concrete shear walls and steel moment‐resisting frames accompanied with concentrically braced frames, have been studied. The nonlinear behavior of the mentioned structural systems has been evaluated as, in earthquakes, structures usually enter into an inelastic behavior stage and, hence, the applied energy to the structures will be dissipated. As a result, some parameters such as ductility factor of structure (μ), over‐strength factor (R_s) and response modification factor (R) for the mentioned structures have been under assessment. To achieve these objectives, 30‐story buildings containing such structural systems were used to perform the pushover analyses having different load patterns. Analytical results show that the steel moment‐resisting frames accompanied with reinforced concrete shear walls system has higher ductility and response modification factor than the other one, and so, it is observed to achieve suitable seismic performance; using the first system can have more advantages than the second one. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.