Panel shear strength of steel coupling beam-wall connections in a hybrid wall system

One of the most common types of hybrid systems is represented by a hybrid coupled shear wall consisting of steel coupling beams and reinforced concrete shear walls, known as a hybrid wall system. This paper addressed the shear strength of connection between structural steel coupling beams and reinforced concrete shear walls. No specific guidelines are available for predicting the panel shear strength of steel coupling beam-wall connections in a hybrid coupled shear wall system. The panel shear strength of steel coupling beam-wall connections in a hybrid coupled shear wall system is examined through results of an experimental research programme where three 2/3-scale specimens were tested under cyclic loading. Panel shear strength reflects enhancement achieved through mobilization of the reinforced concrete panel using face bearing plates and/or horizontal ties in the panel region of steel coupling beam-wall connections. The results and discussion presented in this paper are compared with ASCE design guidelines for RCS composite joints, which form a similar structural system. Finally, this paper provides the background for design guidelines that include a design model to calculate the panel shear strength of steel coupling beam-wall connections.     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。     

粉煤灰砌块剪力墙抗震性能的试验研究

通过对三片带钢筋混凝土边框的粉煤灰小型砌块剪力墙以及相同两片的开洞墙在低周反复荷载作用下的试验 ,分析了墙体边框柱和内部砌体的共同工作性能 ,描述了墙体的破坏形态 ,绘制了试件受力的滞回曲线和骨架曲线 ;同时对这种剪力墙的刚度退化、变形能力、延性系数、粘滞阻尼系数等抗震性能指标进行了分析。     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

钢筋混凝土水平拼接叠合剪力墙抗震性能试验研究

通过对3片钢筋混凝土水平拼接叠合剪力墙、1片钢筋混凝土整体叠合剪力墙和1片钢筋混凝土全现浇剪力墙进行抗震性能试验研究,对比研究了试件的裂缝发展情况及破坏形态,分析了试件的承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能、耗能性能等。研究结果表明：水平拼接叠合剪力墙与整体叠合剪力墙以及全现浇剪力墙的受力过程、破坏模式基本相同,抗震性能指标相近,具有较好的抗震性能;水平拼接节点构造合理,水平拼接叠合剪力墙的承载能力不低于整体叠合剪力墙;剪式支架能使钢筋混凝土叠合剪力墙的预制部分与现浇混凝土形成整体,协同工作承受外部荷载。     

中高层开洞剪力墙双肢变形特性分析的正交分解法

开洞剪力墙的双肢变形特性是进行抗震设计所要考虑的重要因素之一。在正交理论的变形分解基础上,实现对开洞剪力墙振型的精细识别,得到了振型相对变形分解图;进而,通过引入双肢系数,给出了开洞剪力墙振型双肢特性的量化判据;由于振型是结构完备的变形基,该方法可为剪力墙的刚度设计提供技术支持。对8层和16层钢筋混凝土开洞剪力墙试验模型的分析表明,在整体小开洞剪力墙和联肢剪力墙中间存在一种中间状态,该状态的剪力墙在横向静力作用下表现出整体变形特性,在水平地震作用下则可能表现为双肢变形特性,对此,在抗震设计中应引起足够的重视。     

预制混凝土空心模剪力墙受弯性能试验研究

进行了1片钢筋混凝土剪力墙和3片预制混凝土空心模剪力墙的拟静力试验,研究了预制混凝土空心模剪力墙的受弯性能和水平接缝的性能。结果表明,空心模剪力墙的破坏过程和破坏形态与钢筋混凝土剪力墙相似,受弯承载力基本相当;空心模剪力墙位移延性系数为6.26~7.71,破坏位移角为1/71~1/53,具有良好的变形能力。空心模剪力墙底部水平接缝处的滑移小于钢筋混凝土剪力墙,在总水平位移中所占比例小于10%,水平接缝构造合理,能够保证竖向装配单元间的有效连接,可用于实际工程。提高约束边缘纵筋配筋率和轴压比可提高空心模剪力墙的受弯承载力及刚度,改善水平接缝抵抗滑移的性能。     

带现浇暗柱齿槽式预制钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验

介绍了3片剪跨比为2.13的钢筋混凝土剪力墙试件在特定轴压比下的拟静力试验,其中1片为现浇试件CW-1,另外2片为采用预制墙板,两端暗柱与水平齿槽现浇混凝土在墙体底部实现与之连接的预制试件。预制试件的主要区别是一片在齿槽内不设竖向分布钢筋的试件PW-1,另一片齿槽内竖向分布钢筋自由搭接的试件PW-2。试验结果表明：通过齿槽连接的预制墙体,其破坏形态与现浇试件基本相同,墙体两端暗柱底部混凝土受压破坏、竖向钢筋受拉屈服;预制试件的极限位移角为1/48~1/53;齿槽式连接能够保证剪力墙在正常工作状态下的受剪承载力;预制试件PW-2的滞回曲线饱满,受剪承载力与现浇试件相当,其延性性能满足抗震要求,齿槽区域墙体竖向分布钢筋自由搭接的连接方式在一定轴压比下可行,经进一步的试验和分析研究后可推广应用。     

钢骨混凝土连梁联肢剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

国内已有部分超高层建筑结构采用钢骨混凝土连梁联肢剪力墙,但现行规范尚未对其钢骨含钢率等控制参数给予明确规定。为此,对不同含钢率的钢骨混凝土连梁联肢剪力墙进行了低周反复荷载试验研究、ABAQUS有限元模拟以及变参数分析。分析结果表明：钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件的破坏模式、水平承载力、变形能力和耗能能力明显优于钢筋混凝土连梁联肢剪力墙;由ABAQUS参数分析结果可知,钢骨含钢率应控制在4%~8%之间,且宜增加连梁钢骨腹板的面积。     

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。     

环筋扣合锚接连接预制剪力墙抗震性能试验研究

对15个混凝土剪力墙试件进行低周反复荷载试验,研究环筋扣合锚接连接预制剪力墙的抗震性能,考察不同连接形式、不同钢筋配置、不同轴压比等参数影响下剪力墙试件的承载力、滞回特性及破坏机理。试件按纵筋直径和混凝土强度等级的不同分为3组,每组包括2个现浇试件（1个为钢筋贯通连接,1个为纵筋搭接连接）和3个采用环筋扣合锚接连接现浇带的预制试件（其中1个为箍筋加密试件）。试验结果表明：预制剪力墙试件与现浇试件的破坏模式一致,均为压弯破坏;箍筋加密预制剪力墙试件的极限位移角在1/82~1/50之间,其承载力、耗能、延性等性能与全预制试件基本相同,环筋扣合锚接连接剪力墙试件具有良好的抗震性能,可以用于装配式剪力墙结构的建造。     

钢筋混凝土联肢剪力墙弹塑性分析

利用三维非线性分析程序CANNY中的纤维模型模拟墙肢、单轴弹簧模型模拟连梁,对钢筋混凝土联肢剪力墙进行了弹塑性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性分析的三线型骨架滞回模型和合适材料的应力-应变关系进行建模;通过数值计算分析了轴压比、墙体分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率、连梁纵筋配筋率对钢筋混凝土联肢剪力墙的承载力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、墙体分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土联肢剪力墙的受力性能影响较大,连梁的纵筋配筋率影响较小;所选模型具有有效性。     

保温砌模混凝土网格墙抗震性能试验研究

介绍了8片剪跨比为1.96～3.06的保温砌模混凝土网格墙和1片实体墙在轴力和往复水平力作用下的试验,以及3片网格墙的轴压试验。结果表明,剪跨比较大的保温砌模网格墙在轴力和往复水平力共同作用下,墙端纵筋受拉屈服,边缘混凝土压碎,墙的中下部连梁剪切破坏;破坏时裂缝较分散;极限位移角大于1/100,位移延性系数大于3;截面长的网格墙的弹性刚度、屈服时的割线刚度和正截面承载力大,墙端组合柱对提高刚度和正截面承载力有显著作用;一般层高的网格墙在重力荷载作用下不会发生平面外失稳破坏。有限元计算表明,网格墙在轴力和水平力作用下的正应力分布与实体墙总体上一致;可按现行规范有地震作用组合的剪力墙正截面承载力公式计算网格墙的承载力。工程算例表明,保温砌模现浇承重墙体系可以满足8度抗震设防的9层住宅承载力要求和抗震墙结构小震时的层间位移角要求。在研究的基础上,提出了保温砌模现浇承重墙体系的抗震设计建议。     

砌块房屋抗震性能及其加固的研究

本文在砌块房屋抗震性能方面,主要研究了单片墙的垂直压应力,开洞和高宽比等三种效应以及探讨了砌块墙在水平力作用下的破坏机理、滞回特性和强度计算。共进行了29片墙体和1栋1:2两层模型房屋的试验。 在用钢筋混凝土柱加固砌块砌体的抗震能力的研究方面,重点放在加固前与加固后,破坏与修复等基本性能的对比,以及加固后的破坏机理和其强度计算。共进行了4片开洞墙和2栋1:2两层模型房屋的试验。 此外,本文也给出了在水平力作用下砌块砌体的极限剪切变形值。     

大开洞混凝土剪力墙宏观计算模型的改进

在原始宏观模型的基础上构建了适用于大开洞混凝土剪力墙的改进宏观计算模型。剪力墙中的框架柱、梁由刚体、轴力弹簧和剪切弹簧构成;墙板由钢筋拉杆和混凝土压杆构成。在改进模型中考虑了原始模型所忽略的洞口附加钢筋以及与其相交的钢筋拉杆和混凝土压杆的影响,使钢筋拉杆、混凝土压杆与附加钢筋在洞边形成拉压杆节点,从而使分析结果更贴近于大开洞剪力墙的实际受力状态。以洞口面积相同但开洞位置不同的两片带框架剪力墙作为分析对象,运用改进宏观计算模型对水平承载力-层间变形角关系、刚度及洞口位置不同所引起的杆件应力分配情况进行研究,并与试验结果进行对比。结果表明,改进模型构筑简便,极限承载力的计算值精度较原始模型大为提高,能够把握开洞剪力墙剪切变形的关键特征。     

高轴压比下钢管高强混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

通过在约束边缘构件位置和截面中部设置多根钢管,形成了一组不同钢管布置形式的钢管高强混凝土组合剪力墙。通过对8片剪跨比为2.08的剪力墙试件在高轴压比（0.40~0.62）下的低周往复加载试验,研究其破坏形态、承载力、变形能力、滞回性能等。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯作用下的受弯破坏,墙体根部混凝土压溃范围为整个试件宽度和300~400mm高度,钢管与混凝土之间没有出现明显的黏结滑移;在峰值荷载前,试件的截面应变分布基本符合平截面假定;与钢筋混凝土剪力墙相比,设置钢管后在轴向压力最大增加19%的情况下,受弯承载力提高了21%~43%,试件的屈服位移角达到1/300,峰值荷载时位移角不低于1/100,极限位移角达到1/75,个别试件接近1/40,变形能力提高了约30%,试件的滞回性能明显改善,表明所设计的钢管高强混凝土剪力墙具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

CFRP筋钢筋混凝土剪力墙自复位性能试验研究

通过对1片钢筋混凝土剪力墙和4片配有碳纤维增强聚合物(CFRP)筋的剪力墙的低周反复荷载试验,在分析试验中测得的裂缝宽度、裂缝的发展和分布形态、侧向变形的基础上,研究了在钢筋混凝土剪力墙的适当位置部分或全部配置CFRP筋对剪力墙的残余裂缝和残余变形等自复位性能的影响规律。研究结果表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,配有CFRP筋的剪力墙的开裂荷载较低,裂缝较多,裂缝分布分布范围较广,墙体的最大裂缝宽度、残余裂缝宽度和侧向残余变形分别降低了60%、70%和90%,说明在剪力墙中合理配置CFRP筋能使剪力墙具有优异的自复位性能。     

基于Perform-3D剪力墙的弹塑性数值分析

钢筋混凝土剪力墙是高层结构抗震的主要抗侧力构件之一。针对其弹塑性行为的特点,目前已发展了多种微观和宏观分析模型。基于Perforn-3D程序中的纤维墙单元,对3个典型的剪力墙试验构件进行低周反复数值模拟,并对材料的本构和建模参数进行了详细的讨论。计算结果表明,该分析方法能够较好地从宏观角度模拟剪力墙的弹塑性行为,适用于高层建筑结构的整体弹塑性分析和抗震性能评估。     

型钢自密实混凝土叠合剪力墙恢复力模型

为了研究型钢自密实混凝土叠合剪力墙的抗震性能以及恢复力特性,对1个全现浇型钢普通混凝土剪力墙试件和5个型钢自密实混凝土叠合剪力墙试件进行了低周反复加载试验。通过分析试验所得的剪力墙的水平荷载-位移骨架曲线,建议将其简化为以屈服点、峰值荷载点、极限点为特征点的三折线模型,并根据试验现象以及理论分析结果给出骨架曲线中各特征点参数的计算方法。对试验所得滞回曲线进行回归分析,得到了墙体的抗侧刚度退化规律,据此得出适用于型钢自密实混凝土叠合剪力墙的恢复力模型,并用试验得到的骨架曲线与滞回曲线进行验证。结果表明,由此恢复力模型求得的计算曲线与试验曲线吻合程度较好,该模型可以较好地反映型钢自密实混凝土叠合剪力墙的恢复力特性,可用于计算地震作用下以受弯破坏为主的型钢自密实混凝土叠合剪力墙的荷载-位移滞回曲线。     

Experimental study of lateral load behavior of H‐shaped precast reinforced concrete shear walls with bolted steel connections

This paper presents an experimental study of H‐shaped precast reinforced concrete shear walls involving vertical connections under combined vertical and lateral loading. The H‐wall is composed of two prefabricated flange wall panels: one prefabricated web wall panel and vertical bolted steel connections between the flange and web panels. The assembling of the H‐wall is completely dry without any in situ casting. Three H‐wall specimens were constructed and tested to investigate the mechanical behavior and seismic performance of them. The lateral load‐bearing capacity, ductility, energy dissipation, lateral stiffness, strain in the connecting steel frame, and sliding within the bolted steel connections are presented and discussed to evaluate the effectiveness of the vertical connections. The ultimate shear‐resistance mechanism of the precast H‐wall assembly is also analyzed. The H‐wall assemblies generally possess high load‐bearing capacity, favorable ductility, and good energy‐dissipating capacity. The thickness of the steel plates in the connecting steel frame affects the lateral stiffness and the ultimate load‐bearing capacity of the H‐walls. Furthermore, the encasing steel plates for the web wall panel not only helps transfer the stress in the wall steel bars but also confines the concrete resulting in improved ductility.