自复位钢框架钢板剪力墙性能化设计方法

基于“自复位”理念,提出了一种采用钢板剪力墙耗能的自复位钢框架钢板剪力墙结构,对其进行了受力机理分析,并给出了自复位钢框架钢板剪力墙的复位条件。依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设定了自复位钢框架钢板剪力墙基于性能的设计目标,基于性能目标提出了自复位钢框架钢板剪力墙的设计流程,从构件的实际受力状态出发对该设计方法进行了研究,并推导出构件的设计公式。以某传统钢框架为例,对其进行了由钢板剪力墙耗能的自复位结构边缘构件设计,并采用有限元软件ABAQUS对其中单榀单跨进行了Pushover分析。结果表明:当层间位移角达到2%时,结构的残余变形量控制在0.2%以内,主体结构边缘构件仍处于弹性工作状态,推覆过程中钢板墙耗散了大量能量;推覆结束后,结构余留少量残余变形,这主要是由于梁柱节点绕梁上下翼缘转动时梁上下翼缘角部受到挤压引起,可通过适当设置翼缘加强板减少甚至消除残余变形。     

嵌入单个蝴蝶形钢板剪力墙的自复位结构体系的抗震性能研究

在蝴蝶形钢板剪力墙研究的基础上设计了单个蝴蝶形钢板剪力墙。对单个蝴蝶形钢板剪力墙构造和原理进行了说明,研究单个蝴蝶形钢板剪力墙嵌入自复位钢框架中的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、耗能和复位性能。分析结果表明,不含钢板的自复位钢框架自复位效果较好,框架不耗能,可以用于自复位结构体系的研究。当单个加劲蝴蝶形钢板剪力墙嵌入到自复位钢框架中,随着高宽比的变化,结构的滞回性能、承载力峰值及稳定性、耗能和结构残余位移角影响程度较小,可以为设计单个蝴蝶形钢板剪力墙的设计提供参考。     

消除框架扩展的自复位钢板剪力墙—钢框架结构抗震性能研究

普通后张拉节点(posttensioned connenction,以下简称PT节点)自复位钢板剪力墙-钢框架结构由于框柱绕梁上下翼缘转动,形成开口,导致框架"扩展",因而转动会受到框架柱以及楼板的约束,影响此节点的性能。文章采用NewZBREAKSS节点,使得框架柱只绕梁上翼缘转动,从而解决上述诸多不利影响。为深入研究NewZ-BREAKSS节点自复位钢板剪力墙钢结构的抗震性能,利用有限元软件ANSYS,分别对不同厚度的内填钢板的1组试件进行模拟,对其受力分析、滞回性能、耗能能力、复位能力等进行了理论分析。分析表明:该节点形式的自复位钢板剪力墙-钢框架结构可以基本上消除了框架"扩展"现象,改善了节点区受力状态,同时便于梁与楼板的连接;节点局部及梁跨中锚固处强度不足会导致局部变形进而造成钢绞线预应力损失,影响复位性能;随着内填钢板厚度的增加,整体结构的承载力和耗能能力大幅提高,但是复位性能会降低。     

自复位钢板剪力墙结构性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。地震后通过更换钢板可使结构恢复正常使用功能。建立了自复位钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究了内填钢板和边缘框架的相互作用,以及内填钢板的厚度和跨高比对自复位钢板剪力墙强度、刚度、滞回性能及耗能能力的影响。分析结果表明,自复位钢板剪力墙的塑性变形发生在内填钢板上,边缘构件保持弹性以提供复位能力。随着钢板厚度和跨高比增大,自复位钢板剪力墙的强度、刚度、耗能能力增大,但残余变形也随之增大。自复位钢板剪力墙的复位刚度与钢板厚度无关,但随着跨高比的增大而减小。     

自复位两边连接钢板剪力墙工作性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁-柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。内填钢板只与钢梁连接可以减小对边框柱的需求,消除节点开口在钢板角部的应力集中,从而避免了钢板角部撕裂。建立自复位两边连接钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究内填钢板和边缘框架的相互作用,并与自复位四边连接钢板剪力墙的工作性能进行对比分析。分析结果表明,与自复位四边连接钢板剪力墙相比,钢板两边连接的自复位钢板墙具有更好的复位能力,但强度、刚度和耗能能力较小。     

装配U形阻尼器的SMA自复位钢框架梁柱节点抗震性能研究

为解决传统SMA螺杆自复位钢框架梁柱节点在工作过程中SMA材料利用率低的问题,简化节点耗能构件的设计、施工和震后更换,提高灾后结构的快速恢复能力,提出了由超弹性SMA螺杆贯穿钢柱翼缘连接且装配U形阻尼器的自复位钢框架梁柱节点,并对关键构件的受力性能进行分析,给出节点的受力变形理论模型。通过循环拉伸试验考察了SMA棒材的超弹性特性,以此为基础,设计了1个足尺边柱节点试件,通过拟静力试验研究其承载力、初始转动刚度、残余变形、滞回耗能等。研究结果表明：节点中SMA螺杆可以有效拉伸变形并提供自复位驱动力,U形阻尼器的两肢能够产生相对位移从而进行塑性耗能,钢梁腹板处的抗剪螺栓可在连接槽钢的长圆孔中滑动,梁柱节点核心区未出现剪切变形;在设计层间位移角为0.04 rad的循环结束时,节点残余变形仅为0.004 9 rad,且梁柱构件在试验过程中未出现屈服,节点具有良好的自复位能力和可修复性;节点的初始转动刚度和极限弯矩均小于普通抗弯钢框架梁柱节点,但其拥有良好的转动能力,最大层间位移角为0.05 rad,满足节点的变形设计要求。     

钢板剪力墙钢板与框架相互作用分析

利用屈曲后性能的钢板剪力墙作为一种新型抗侧力构件,其边缘框架是保证钢板形成拉力带并充分发挥作用的基础,而形成拉力带的钢板又对边缘框架产生较大作用。通过对不同跨高比和厚度的钢板剪力墙进行静力推覆加载,分析钢板剪力墙受力全过程,研究在不同阶段钢板与框架之间的刚度、剪力分配规律和钢板与框架之间的相互影响。结果表明,可以按一定的位移控制来设计钢板剪力墙,使其按期望的失效路径破坏;在设防烈度下,通过控制结构层间位移角小于0.5%,可实现剪力墙仅钢板屈服耗能、而边缘框架仍处于弹性的屈服模式;在大震阶段,钢板剪力墙通过钢板耗散大部分能量,边缘框架辅助耗散部分能量。     

蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架结构体系性能研究

蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架结构作为一种新型结构体系,结合了蝴蝶形钢板延性耗能和自复位钢框架复位能力的优势。通过ANSYS有限元软件分别对蝴蝶形钢板、自复位钢框架以及二者组合而成的结构体系进行了模拟分析,得到系列试件的能力曲线和滞回曲线。根据能力曲线计算找出显著屈服点,评估不同参数下结构刚度变化与承载能力之间的联系;根据滞回曲线计算得到的能量耗散系数和残余层间侧移角评估整体结构的耗能能力和复位能力。分析结果表明:在钢板的单推过程中,蝴蝶形钢板剪力墙显示出了卓越的延性性能,有利于吸收和耗散地震能量;设计时要控制开缝参数b/t,确保蝴蝶形钢板的稳定性,使蝴蝶形钢板的强度得以充分发挥;增加蝴蝶形钢板厚度t以及减少开缝排数m会增强整个结构的耗能能力,使得滞回曲线更加饱满;整个结构体系的承载能力并不是内填钢板和外围框架承载能力的简单叠加,而是要乘以一个折减系数,折减系数初步分析为0.18。本文的模拟研究结果可作为后续试验研究的依据。     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙低周往复荷载试验研究

为解决现有钢板剪力墙对边缘梁柱附加弯矩大、震后留有较大残余变形等问题,设计并加工由两根自复位耗能支撑和一片两边连接钢墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙(SPSW-SCEDB)试件,并对其在低周往复荷载作用下的承载力、耗能能力及自复位能力进行试验研究,分析墙板与支撑之间的协同作用关系。研究结果表明：SPSW-SCEDB呈现饱满的旗形滞回曲线,墙板与自复位耗能支撑以并联关系共同承担水平荷载,消耗输入能量;加载位移较小时,SPSW-SCEDB承载能力主要由墙板提供,随着加载位移的增大,自复位耗能支撑的承载力贡献逐渐增大并超过墙板的承载力;SPSW-SCEDB的耗能主要由墙板提供,自复位耗能支撑为系统提供补充耗能,系统的耗能能力相较于其墙板单独加载时的耗能能力有所削弱;当自复位耗能支撑的设计剩余恢复力大于墙板的受压承载力时,SPSW-SCEDB的残余变形角小于0.2%,具有良好的自复位能力。     

新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

为研究PEC柱在弱轴布置条件下与钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架的抗震性能,同时考察参数:摩擦耗能T形件腹板长圆孔尺寸、T形件翼缘对穿螺栓的布排方式、柱底连接方式的影响,按1∶2的尺缩比设计了4个1榀两层的框架结构试件模型,并利用有限元软件ABAQUS进行建模,基于经试验验证的有限元模型进行了低周往复水平加载的有限元参数分析,基于模拟数据,分析各试件模型在加载过程中的自复位效果、耗能能力、承载能力以及节点区传力机理。结果表明:所有试件在加载至相对侧移角0. 035 rad时,其卸载后的残余转角仍小于0. 005 rad,该框架结构具有优良的自复位效果;在结构进入设计预定的承压型受力模式前,结构的耗能由连接处摩擦耗能提供,转化为承压型受力模式后,结构主体构件进一步发挥作用并开始发挥材料耗能,较好实现了结构设计性态目标;柱脚固接试件具有更高的承载力与抗侧刚度,其受力发展进程更快;采用在T形件翼缘内外侧布置螺栓的实际工程做法可缓解T形件翼缘的翘曲变形,从而更有利于自复位连接受力进程的发挥;对于不同建筑功能的建筑,其要求的性态设计目标可通过T形件上长圆孔的尺寸来实现;采用摩擦T形件部分自复位连接的组合框架试件均有效实现了自复位效果、耗能能力和结构安全冗余度的有机统一。     

自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件受力分析

基于薄钢板剪力墙在目标位移下充分屈服并形成拉力带,对绕梁腹板销轴转动的自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件（中梁和顶梁）进行受力分析。分别对水平边缘构件在钢绞线预应力和薄钢板剪力墙拉力带作用下的受力进行分析,推导了钢绞线在目标位移下的拉伸预应力计算公式;基于薄钢板剪力墙极限破坏形态,研究了薄钢板剪力墙拉力带产生的水平边缘构件端部的轴力和剪力;提出了水平边缘构件的弯矩、剪力及轴力计算公式,明确了水平边缘构件的内力分布。结果表明:水平边缘构件内力公式计算值与有限元分析值吻合较好,可为水平边缘构件的设计提供参考。     

自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能研究

为改善自复位钢板剪力墙结构中由钢板墙对框架柱的附加弯矩造成的框架柱截面尺寸增大及平钢板剪力墙过早屈曲导致的承载力下降的情况,提出一种采用侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙的自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙,通过对其各组成部分的力学特性进行分析得到自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的恢复力模型及影响其可恢复性的关键点和参数....     

Cyclic behavior of low yield point steel shear walls

This paper presents the research works on the cyclic behavior of low yield point (LYP) steel shear wall. In the LYP steel shear wall system, the LYP steel plate is used for steel panel and conventional structural steel is used for boundary frame. A series of experimental studies were carried out to examine the stiffness, strength, deformation capacity, and energy dissipation capacity of the LYP steel shear wall under cyclic load. The effect of width-to-thickness ratio of steel plate, continuity of shear wall, and the design of beam-to-column connections on the boundary frame was examined. Good energy dissipation capacities were obtained for all specimens studied. Excellent deformation capacities were obtained from both rigid frame–shear wall system and simple frame–shear wall system. The LYP steel shear wall is able to maintain stable up to 3–6% of story drift angle. A two-force strip model was also proposed to simulate the elastic and inelastic behavior of shear wall system. Good correlations were found between experimental and analytical studies. Based on these research findings, suggestions are made for the design of LYP steel shear wall systems.     

Experimental study of low-yield-point steel plate shear wall under in-plane load

This paper describes the study of the low-yield-point (LYP) steel plate shear walls under in-plane load. In the LYP steel plate shear wall system, LYP steel was selected for the steel plate wall while the boundary frame was constructed by the high strength structural steel. A series of experimental studies examined the inelastic shear buckling behavior of the LYP steel plate wall under monotonic in-plane load. The effects of width-to-thickness ratio on the shear buckling of LYP steel plates were examined. The stiffness, strength, deformation, and energy dissipation characteristics were investigated by performing cyclic loading tests on the multistorey LYP steel plate shear walls. Excellent deformation and energy dissipation capacity were obtained for all specimens tested. The LYP steel plate shear wall system is able to exceed 5% of storey drift angle under lateral force.     

抗弯钢框架-密肋网格复合钢板墙抗侧力体系抗震性能理论与试验研究

提出了密肋网格复合钢板剪力墙,并与抗弯钢框架相结合,充分发挥各自的性能。从理论和试验两个方面对其抗震性能进行了研究。其中理论分析主要研究了密肋网格复合钢板剪力墙的受力机制,提出了密肋网格板的构造措施,并通过有限元模型分析了其受力性能;试验研究主要针对一榀双跨两层抗弯钢框架-密肋网格复合钢板剪力墙试件进行拟静力试验,考察其在低周反复荷载作用下的侧向刚度及承载性能、滞回特性、耗能能力及破坏特性等,评价了该体系的抗震性能。研究表明：该体系在弹性阶段主要依靠墙板的剪切机制和钢框架共同承担水平荷载,非弹性阶段区格中钢板的对角斜向拉力带为结构提供侧向承载能力;密肋网格板避免了墙板发生整体剪切屈曲,限制了钢板的面外变形值,提高了其弹性刚度,缓解了墙板拉力带对边框架柱的附加弯矩,保护了主要受力构件,克服了滞回曲线的捏缩现象,显著增强了其耗能能力;钢框架与密肋网格复合钢板剪力墙具有良好的协同工作性能,体系变形能力强,大变形状态下具有稳定的承载性能,安全储备高,是优秀的抗侧力体系;破坏模式为区格中钢板屈曲屈服并撕裂,拉力场效应明显,钢框架梁端及钢框架柱底形成塑性铰。     

两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件的受力规律

利用理论分析和有限元方法对两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件（梁）的受力规律进行研究,提出了两边连接屈曲约束钢板墙与边缘构件的传力模型和边缘构件内力计算方法。利用等效支撑模型对所提出的边缘构件内力计算方法进行了验证,对不同层数和跨数的框架 屈曲约束钢板墙结构和框架 等效支撑结构进行分析,对梁、柱构件的内力进行了对比,分析了屈曲约束钢板墙布置方式对边缘构件内力、变形的影响。结果表明:所提出的方法能够准确计算屈曲约束钢板墙边缘构件的内力;建议屈曲约束钢板墙的宽度宜设计成大于跨度的1/3,并将屈曲约束钢板墙布置在跨度中间;如果屈曲约束钢板墙的宽度只能小于跨度的1/3,则宜布置在靠近梁端部。     

半刚性框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

对一榀单跨两层半刚性框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载作用下的试验研究。系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到了承载力、刚度、延性及耗能能力等指标,评价了该种结构体系的抗震性能。结果表明：结构在弹性工作阶段主要依靠墙板的剪切机制承担水平荷载,非弹性阶段区格中钢板的对角拉力带为结构提供侧向承载能力;密肋网格的设置有效限制了内嵌钢板的面外变形值,提高了结构的弹性刚度,克服了滞回曲线的“捏缩”效应,减小了钢板的噪音及震颤,显著增强了结构的耗能能力;框架与钢板墙协同工作良好,结构塑性变形能力强,安全储备高,是一种优良的抗侧力体系;破坏模式为各区格中的钢板撕裂,拉力带效应明显,边框架柱脚及边框架梁端形成塑性铰。     

带耗能钢板的自复位方钢管混凝土框架抗震性能研究

为了减小“梁增长”现象对自复位框架的影响,提出一种自复位方钢管混凝土框架,该框架由钢管混凝土柱、钢梁及带耗能钢板的自复位梁柱节点组成。对3榀1/3比例的自复位方钢管混凝土框架进行低周往复荷载试验,研究其自复位性能和抗震性能。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,并验证了有限元模型的准确性,同时构建足尺模型研究了钢绞线初始预拉力和耗能钢板耗能段截面积对自复位框架性能的影响。结果表明：加载至2%层间位移角时,自复位框架表现出较好的自复位能力和耗能能力;增大钢绞线初始预拉力,结构承载能力与耗能能力增强,自复位能力先增强后减弱;增大耗能钢板耗能段截面积,结构的承载力随之增大,残余变形亦增大,自复位能力减弱。     

半刚性连接钢框架-钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

通过对半刚性连接框架-钢板剪力墙结构在水平反复荷载作用下的试验研究,得到了结构的滞回曲线、延性指标、水平刚度、梁柱应变、转角及各关键部位的变形。从耗能能力、刚度退化、承载力、延性等方面分析该种结构的抗震性能和耗能机理;依据应力分布、梁柱转角研究半刚性节点与钢板剪力墙的相互影响效果;分析结构的内力转换和破坏模式。结果表明：该结构具有良好的延性和耗能性能;半刚性节点在反复荷载作用下没有明显变形,节点刚度退化小,框架和钢板剪力墙协同工作良好;梁柱半刚性连接弱化了结构的整体刚度,框架自身承担的水平荷载有限;破坏模式为内填钢板剪力墙局部撕裂,拉力带作用明显,钢框架柱脚及梁柱半刚性连接部位形成塑性铰,框架整体呈弯曲破坏模式。图12表4参10