新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究

提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为 1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。     

基于平钢板连接件的钢-RPC组合桥面板抗剪试验研究

该文提出了采用平钢板剪力连接件连接的钢-RPC组合桥面板结构,该结构不仅能解决公路钢桥沥青铺装层的病害,还能有效地提高桥面横向刚度,有助于缓解U肋加劲处应力集中和疲劳开裂现象。为了掌握该组合结构界面抗剪性能,连接件板厚分别取10 mm和4 mm,进行了两组平钢板连接件的推出试验,试验考察了平钢板连接件厚度对抗剪破坏形态及承载力的影响。结果表明:平钢板厚度较小时,表现为平钢板连接件根部受拉屈服;厚度较大时表现为连接件附近混凝土被压碎,工作机理类似于型钢连接件。10 mm板厚连接件相比4 mm板厚抗剪承载力提高了43.6%,抗剪刚度提高了35%,同时延性略有下降,但两组试件的延性系数均大于3.5。最后给出了平钢板连接件的抗剪承载力简化计算公式,计算结果相比试验结果偏于安全,可供设计参考。     

小剪跨比钢板-混凝土组合板抗剪性能的试验研究

通过2块小剪跨比钢板-混凝土组合板试件在集中力作用下抗剪性能试验,对组合板抗剪性能进行了初步分析。试验中主要变化了钢板厚度,得到组合板的极限承载力、变形、受剪破坏形态以及裂缝的发展情况。试验结果表明:小剪跨比钢板-混凝土组合板试件中混凝土最终破坏以斜压破坏为主;通过栓钉的连接,钢板和混凝土协同工作性能良好;截面应变分布基本符合平截面假定。钢板通过栓钉与混凝土的组合效应,显著提高了混凝土的抗剪能力,同时也改善了构件整体延性,该试验的组合板中钢板承担的剪力占总剪力的50%左右。     

多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究

对竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙开展拟静力试验,对比分析各试件破坏特征、滞回性能、耗能能力、刚度退化及位移延性,采用ABAQUS软件建立数值模型并针对不同拼缝宽度、螺栓距厚比和混凝土板厚度的竖向拼装组合钢板剪力墙进行了参数影响研究。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低其耗能能力和抗侧刚度,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙是一种抗震性能更为优越的抗侧力构件,竖向拼装组合钢板剪力墙的耗能能力是横向拼装组合钢板剪力墙的1.3倍,且竖向拼装组合钢板剪力墙刚度退化相对缓慢;为保证组合钢板剪力墙具有较好的抗侧能力,螺栓距厚比为100和125时,其拼缝宽度分别不宜大于48 mm和72 mm;混凝土板约束刚度足够情况下,螺栓距厚比不宜大于125。     

带竖向接缝的空心模剪力墙受剪性能试验研究及承载力计算

对5个带竖向接缝的空心模剪力墙试件开展了拟静力试验,研究了竖向接缝的连接性能,分析了轴压比、剪跨比、空心模内水平钢筋配筋量等关键参数对竖向接缝连接性能和墙体受剪性能的影响。结果表明:墙体未发生脆性破坏,破坏位移角均大于1/100,延性系数均大于或接近5.0,具有良好的变形能力;正常使用阶段竖向接缝完好,可保证装配单元的有效连接;轴压比由0.15提高至0.25,受剪承载力提高了11.8%,但峰值位移角降低了22.5%;随着剪跨比的提高,受剪承载力显著降低;空心模内水平钢筋配筋量提高56%,受剪承载力提高了11%。提出了四单元计算模型计算墙体的受剪承载力,计算值与实验值相差均小于6.5%,计算结果偏于保守,可用于预测带竖向接缝的空心模剪力墙的受剪承载力。     

采用螺栓连接的工字形全装配式RC剪力墙试验研究

采用连接钢框、高强度螺栓将带有内嵌边框的纵横向预制钢筋混凝土（RC）剪力墙连接起来,形成工字形剪力墙。为研究该全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,进行了3榀墙体的单调加载试验和1榀墙体的低周反复荷载试验,分析了该全装配式工字形剪力墙的承载能力、刚度、延性性能、耗能能力、连接件的应变分布以及连接件间的相对滑移等,最后探讨了试件的极限抗剪抵抗机制。研究结果表明:该全装配式剪力墙具有较高的承载能力、较好的延性性能以及耗能能力,位移延性系数约为3~6;高强度螺栓的直径、连接钢框钢板的厚度对装配式剪力墙的抗侧刚度及峰值荷载有一定的影响;内嵌边框既传递了分布钢筋的应力,也起到了约束混凝土、增加RC剪力墙延性性能的作用。     

高轴压比、低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验研究

双钢板-混凝土组合剪力墙可减小墙体厚度、提高承载力和延性,为研究双钢板-混凝土组合剪力墙高轴压比下的抗震性能,完成了5个剪跨比为1.0的双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,研究了剪力墙在低周往复荷载作用下的受力性能和破坏模式等,分析了轴压比、距厚比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明:低剪跨比试件发生弯剪破坏;墙体钢板在平均位移角1/83时发生局部屈曲,初始屈曲形态受距厚比影响显著;试件峰值荷载、位移延性系数、刚度等受轴压比、距厚比的影响较小;试件平均极限位移角达1/72、平均有效破坏位移角达1/52,具有良好的变形能力;距厚比增大,试件滞回性能稳定性降低;试件耗能随变形增大而迅速增长,抗震性能良好。建议低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙轴压比限值取0.7。     

波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究

为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明:波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢; ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明:承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考; H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。     

装配整体式双向孔空心模板剪力墙受剪性能试验研究

研究了一种新型装配整体式住宅产业化结构构件,即装配整体式双向孔空心模板剪力墙的受剪性能。通过1个钢筋混凝土剪力墙和5个装配整体式双向孔空心模板剪力墙的拟静力试验,研究了其破坏模式和破坏过程,分析了内部接缝、轴压比、剪跨比、水平分布钢筋等参数对其受剪性能的影响。研究表明:装配整体式双向孔空心模板剪力墙的破坏过程和破坏模式与钢筋混凝土剪力墙不同,在水平荷载作用下沿内部接缝出现宏观竖向裂缝,经历整截面墙受力到分缝剪力墙受力的过程,避免了剪切破坏,具有良好的变形能力,但是受剪承载力降低;提高剪跨比,墙体承载力降低,承载力稳定性和变形能力提高;增加轴压比提高墙体的受剪承载力和抗侧刚度;提高水平钢筋配筋率提高墙体的受剪承载力和变形能力。     

预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究

进行了9个采用预应力钢板箍(Prestressed Steel Jacket,PSJ)加固的RC短柱试件的单调加载试验。重点研究预应力钢板箍加固RC短柱的抗剪性能和加固构件受剪承载力计算方法。主要试验参数包括箍板预应力度和箍板配置量。试验结果表明:采用预应力钢板箍加固RC短柱可显著改善其受剪性能,不仅可有效提高构件的抗剪承载力,并能使最终出现剪切破坏的加固短柱具有较好的变形能力。在试验研究基础上探讨了预应力箍板加固的受剪机理,分析了各主要参数对加固柱受剪承载力的影响及其规律。分析结果表明:预应力箍板的受剪系数与箍板预应力度和箍板配箍特征值等因素有关。基于叠加方法,提出了箍板受剪系数和加固柱抗剪承载力计算公式,计算结果和试验结果总体吻合良好。研究成果可为预应力钢板箍加固RC柱的抗剪设计提供依据。     

冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙力学性能研究

为研究适用于低层和多层冷弯薄壁型钢建筑的冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,简称CFS-WS),该文开展了1面普通CFS-WS和3面加劲CFS-WS的拟静力试验,得到了CFS-WS的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等力学性能,提出了其抗剪承载力设计值。试验结果表明:CFS-WS加载时依靠竖缝间钢板“扭转-恢复-逆向扭转”和型钢框架变形来共同抵抗水平荷载和耗散能量,试件破坏时钢板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承载力、塑性、延性和耗能能力,但其滞回曲线捏缩现象较为严重;加劲CFS-WS较普通CFS-WS而言,其抗剪刚度、承载能力和耗能能力更高,滞回曲线捏缩现象有所减轻。此外,通过加劲肋连接件将加劲肋和冷弯薄壁型钢梁柱连接成钢框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪刚度、承载力和耗能能力,大大改善结构的抗震性能。     

新型不锈钢可拆卸螺栓连接件疲劳后剩余力学性能研究

为适应装配式组合梁的发展，研发一种新型不锈钢可拆卸螺栓连接件，并对其疲劳荷载作用下的力学性能退化规律开展研究。首先，通过文献和市场调研，充分考虑现有螺栓的优缺点，设计制作一种新型不锈钢可拆卸螺栓连接件用于装配式组合梁；其次，制作6组新型螺栓连接件的推出试件，进行静载和疲劳试验，对比静载与不同疲劳加载次数后试件的破坏形态，重点分析新型螺栓连接件在疲劳加载过程中剩余承载力、残余滑移量、抗剪刚度及延性系数的退化规律；最后，基于疲劳累积损伤理论和材料剩余强度模型，确定新型螺栓连接件在疲劳加载过程中的损伤度，进而建立新型螺栓连接件的剩余承载力计算模型。结果表明：新型螺栓连接件在静力和疲劳作用下呈现不同的变形及断面破坏特征；在疲劳荷载作用下，新型螺栓连接件的各项力学性能均呈现不可逆的退化，在该试验中试件在疲劳加载270万次后剩余承载力退化12.1%,延性系数退化67.6%,抗剪刚度退化12.9%,退化较为明显；建立的新型螺栓连接件剩余承载力计算模型计算结果与试验值吻合良好。     

双钢板混凝土组合剪力墙-钢梁单边螺栓端板连接节点抗震性能研究

为解决双钢板混凝土组合剪力墙与钢梁难以实现现场免焊装配化连接的问题,提出了一种采用分体垫片式单边螺栓端板连接的装配式节点构造,设计并制作了两个足尺试件进行低周往复加载试验及有限元分析,研究了连接节点的变形机理、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力以及刚度退化性能。研究结果表明：根据节点区竖放H型钢翼缘厚度不同,节点破坏模式可分为梁端塑性铰破坏和柱壁破坏;发生梁端塑性铰破坏的节点滞回曲线呈饱满的梭形,表现出良好的抗震性能,柱壁及节点区内填混凝土基本保持完好;发生柱壁破坏的节点表现为螺栓孔周钢板受拉形成圆形屈服面,内填混凝土压溃,承载力较低且刚度退化严重,耗能能力较差,加载后期节点的转角主要源于节点区的转动,该失效模式在设计中应予以避免。     

全装配式RC楼盖板缝节点拉剪复合受力性能试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCNPD)板缝节点在拉剪复合作用下的受力性能,进行了12个板缝节点在纯剪和拉剪复合作用下受力性能试验,对板缝节点的承载能力、裂缝模式、破坏形态、位移延性和应变规律等进行了较为系统的研究。结果表明:拉力的存在减小了由剪切作用引起的连接件与相邻混凝土间的承压作用,致使板缝节点抗剪承载力不同程度的降低,并且拉剪比越大,拉力对板缝节点屈服荷载和峰值荷载的削弱作用越明显;拉剪复合作用下,板缝节点较早呈现出非线性受力特征;拉力对板缝节点位移延性有较大的削弱,尤其对于楼盖中高拉剪比区域应采取措施避免节点发生脆性破坏;综合考虑板缝节点的荷载-位移响应、位移延性特征和破坏模式等因素,HPC、CPC和HP-CPC三种节点是较为理想的DCNPD板缝节点形式,SPC锚筋与锚板间焊缝在拉剪复合作用下易发生断裂,需改进措施以提高其拉剪复合受力性能。     

钢板-混凝土组合板抗剪承载性能的试验研究与数值分析

主要通过试验研究与数值模拟,分析钢板-混凝土组合板在受剪状态下的承载力、变形、裂缝发展情况以及钢板与混凝土参与抗剪程度等。进行了3块钢板-混凝土组合板试件和1块无钢板混凝土试件的抗剪承载力试验。结果表明:钢板-混凝土组合板试件的剪切破坏形式主要是斜拉破坏;钢板承担了约50%以上总剪力,由于钢板的协同作用,混凝土承担的剪力与按照规范计算的混凝土抗剪承载力相比有较大幅度的提高;随着栓钉间距的增大,构件的抗剪承载力减小。基于修正压力场理论对ABAQUS进行了材料层面的二次开发,建立了适合钢板-混凝土组合板抗剪分析的数值仿真模型,模拟结果与试验结果吻合较好。     

现浇边缘构件的装配整体式齿槽剪力墙抗震性能试验研究

为研究装配整体式齿槽剪力墙的抗震性能及竖向接缝性能,对1片现浇剪力墙和3片齿槽剪力墙进行了拟静力试验,变化参数包括轴压比和剪跨比。试验结果表明：墙体发生弯曲破坏,齿槽剪力墙与现浇剪力墙承载力和刚度基本相当,具有良好的抗震性能,可满足“等同现浇”的性能需求;位移角为1/1000时,齿槽剪力墙竖向接缝保持完好;位移角大于1/500时,竖向接缝两侧墙体发生竖向错动变形。齿槽剪力墙滞回曲线饱满,位移延性系数大于5,具有良好的变形能力;提高轴压比、降低剪跨比,加速了竖向接缝开裂并促进竖缝两侧相对变形的发展;改变轴压比和剪跨比对齿槽剪力墙承载力和变形性能的影响规律与现浇剪力墙相同;较高轴压力作用时,墙体破坏集中于竖向插筋孔区域形成竖向裂缝,墙角压溃区域减小。采用ABAQUS软件进行有限元分析,模拟骨架曲线及破坏形态与试验结果吻合良好;改变轴压比、剪跨比对墙体性能的影响与试验结果一致,增加横向槽孔尺寸、减少横向槽孔内侧尺寸,对墙体力学性能基本无影响。     

新型装配整体式纤维再生混凝土剪力墙抗震性能及抗剪承载力研究

新型装配整体式纤维再生混凝土(NPFRC)剪力墙由预制绿色纤维混凝土墙板以及现浇边缘构件组成,采用井字形布筋、竖向马牙槎连接及水平坐浆连接,具有生态节能、耗能减震、快速建造等特点。为研究NPFRC剪力墙的抗震性能,制作了4榀试件,通过拟静力试验,分析了纤维种类及墙体加工方式对试件破坏形态、滞回曲线、变形性能、刚度退化以及耗能能力等的影响。试验结果表明,纤维种类对NPFRC剪力墙抗震性能的影响较大,墙板与基础的连接对NPFRC剪力墙的承载力起决定性的作用,加强水平拼缝连接是NPFRC剪力墙研究的关键。基于软化拉压杆模型,考虑纤维对NPFRC剪力墙抗剪强度的增强作用,提出了新型装配整体式纤维再生混凝土剪力墙受剪承载力公式,并将理论值与试验结果进行比较。对比分析结果表明,理论计算值低于试验值约3%～9%,偏保守,具有较好的精度。     

联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析

完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验。3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土。得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析。采用有限元软件ABAQUS对试件进行了数值模拟。结果表明:非加劲和槽钢竖向加劲墙板先屈曲后屈服,井字加劲墙板先屈服后屈曲,墙板屈服后连梁与钢板剪力墙边框梁相继屈服。方钢管混凝土柱脚屈服较早,屈服后仍具有良好的承载力和弹塑性变形能力。采用非加劲墙板的试件承载力最低,滞回环捏缩效应最严重,其次是采用槽钢竖向加劲墙板的试件。采用井字加劲墙板的试件滞回环较饱满。井字加劲和槽钢竖向加劲试件的峰值荷载分别比非加劲试件的峰值荷载提高了11.7%和6.9%,井字加劲和槽钢竖向加劲试件的等效黏滞阻尼系数分别比非加劲试件的等效黏滞阻尼系数提高了65.9%和19.9%。各试件的延性系数均大于4.5,表明不同加劲形式的联肢钢板剪力墙均具有良好的延性。数值分析与试验结果吻合较好,可充分地反映试件的滞回性能和破坏过程。加劲肋对连梁和边缘构件的内力影响较小,但可显著提高剪力墙板的抗剪承载力。相较于两片单肢钢板剪力墙,联肢钢板剪力墙的承载力和耗能能力均有大于20%的提高。     

可恢复预制装配式RC梁柱节点抗震性能研究EI北大核心CSCD

针对预制装配式RC梁柱节点连接及震损后快速修复的问题,提出了一种可恢复的梁柱节点连接形式。该连接主要由多缝耗能装置、抗剪连接键和预埋装置等部件通过高强螺栓连接而成。设计了一个装配式节点足尺试件并进行拟静力加载试验,研究该节点的破坏模式、承载力、变形和耗能能力等特性,并与现浇节点试件试验结果进行对比分析。结果表明:该装配式节点的初始刚度和承载力基本接近于现浇节点,且相比于现浇节点具有更高的延性、变形和耗能能力。装配式节点的破坏主要集中在多缝耗能装置上,预制梁柱构件基本保持在弹性范围内,基本可以实现节点损伤位置可控以及便于震后快速修复的目的。同时,推导多缝耗能装置的承载力-变形关系,建立装配式梁柱节点的简化分析模型,并通过试验结果验证了其准确性,可为后续研究装配式RC框架结构的抗震性能和工程分析设计奠定基础。     

考虑多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

传统组合钢板剪力墙采用单块混凝土板拼装,其尺寸较大,运输吊装困难,考虑将单块改为多块预制混凝土板,进而提出了多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙。设计制作了竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙共3个缩尺比为1/3的组合钢板剪力墙试件,开展了低周反复荷载试验,对比研究了各试件的破坏特征、滞回性能、位移延性、耗能能力及刚度退化等抗震性能。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低组合钢板剪力墙的抗侧刚度和耗能能力,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙呈弯剪破坏形式,属于延性破坏,横向拼装组合钢板剪力墙在预制板间横向拼缝处撕裂破坏,呈现较为明显的剪切型破坏特征;横向和竖向两种拼装方式中,竖向拼装组合钢板剪力墙延性系数略小,但其他抗震性能指标如耗能能力、承载能力、刚度等均更为优越。