组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

基于普通混凝土钢板剪力墙的构造形式及受力特点,本文提出了以预制水泥基轻型混凝土板作为钢板两侧保护墙板的新型组合钢板剪力墙。针对预制水泥基轻型混凝土板—钢板组合剪力墙的构造形式、抗侧刚度、抗震性能及破坏特点等方面进行了五个试件的水平推覆试验研究。结果表明,较大宽厚比钢板会产生较大的平面外变形,极限抗剪承载力较低;预制墙板对钢板的抗侧刚度及屈曲荷载都有所提高;钢板的约束形式对结构耗能、钢板屈曲形式及墙板破坏形式有较大的影响。     

预制混凝土板对组合剪力墙抗剪静力性能的影响

采用ANSYS软件分析了预制混凝土板厚度和混凝土强度对钢板混凝土组合剪力墙承载力及初始剪切刚度的影响,通过与钢板剪力墙对比,探讨了钢板混凝土组合剪力墙的受力机理和破坏模式.研究结果表明:与钢板剪力墙相比,预制混凝土板能够有效地抑制钢板屈曲,明显地提高钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力及初始剪切刚度,钢板的受力形式也发生了明显的变化.     

Analyses on mechanical performance of innovative composite shear wall systems

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明：组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。     

改进钢板-混凝土组合剪力墙结构受力性能分析

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明:组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。     

钢板单面外包混凝土组合剪力墙栓钉剪力需求

钢板外包混凝土组合剪力墙由钢板双面或单面外包钢筋混凝土板及栓钉构成,是一种新型的抗侧力构件。混凝土板主要为钢板提供侧向约束,使钢板剪切屈服先于屈曲,栓钉除了起组合作用还要传递钢板与混凝土板间的剪力。采用有限元分析了28个钢板单面外包混凝土组合剪力墙算例栓钉的剪力需求。考察了墙板在单调侧向荷载作用下栓钉剪力的发展变化,栓钉直径、钢板厚度、混凝土板厚度和栓钉数量对最大栓钉剪力的影响。基于有限元计算结果的拟合,分析了组合剪力墙中钢板与混凝土板抗侧承载力贡献,栓钉群剪力的分布,提出了钢板单面外包混凝土板组合剪力墙设计中栓钉剪力需求计算公式。     

单面外包混凝土组合钢板剪力墙的混凝土板厚需求

外包混凝土组合钢板剪力墙抗剪承载力高、抗侧刚度大、耗能能力强,是一种有效的高层结构抗侧力构件。该构件利用钢筋混凝土板对钢板提供的侧向约束,使得钢墙板屈曲晚于剪切屈服。延性设计要求钢板进入剪切屈服后要有一定的变形耗能能力,混凝土板需达到一定的厚度才能保证钢板发生弹塑性屈曲。因此混凝土板厚需求是组合钢板剪力墙设计中的一个关键问题,但前人对于这方面的研究并不是很多。考虑栓钉间距、混凝土板厚度、钢板厚度、混凝土强度等级、墙板高宽比的变化对单面外包混凝土组合钢板剪力墙进行了弹塑性分析。基于有限元计算结果,提出了单面外包混凝土组合钢板剪力墙在层间侧移角小于0.4%时钢板不发生屈曲的混凝土板厚需求计算公式。     

竖向荷载对防屈曲组合钢板墙受剪性能的影响

以ABAQUS为模拟平台,考虑内嵌钢板参与承重,建立两种防屈曲组合钢板墙模型BR-CSPWⅠ和BR-CSPWⅡ,后者的混凝土板与钢板共同承受竖向荷载。对防屈曲组合钢板墙的受剪性能、内嵌钢板的应力分布以及混凝土面外约束板的损伤与竖向荷载变化的相关性进行有限元分析,并对2个试件进行拟静力试验。结果表明：随竖向荷载增大,内嵌...     

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。     

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拉弯性能研究

在地震作用下超高层建筑核心筒底部墙体会承受较大的轴向拉力,为此采用Marc有限元软件建立钢板混凝土组合剪力墙弹塑性有限元分析模型,对钢板混凝土组合剪力墙拉弯受力状态下的抗震性能进行了深入研究。提出拉弯构件轴拉比的定义方法,考察轴拉比大小对钢板混凝土组合剪力墙抗侧刚度、滞回曲线、等效黏滞阻尼系数、位移延性系数、变形能力以及承载力的影响。在拉弯受力时,钢板混凝土组合剪力墙达到极限变形时承载力下降不明显,滞回曲线饱满,变形能力较强;轴拉比越大,承载能力越低,位移延性系数越小;当轴拉比大于0.2时,初始抗侧刚度下降50%以上。随着水平往复荷载逐渐增大,抗侧刚度不断降低。所完成的钢板混凝土组合剪力墙在低周往复荷载下的缩尺模型试验结果表明,拉弯受力破坏时,试件表面出现多条水平贯通裂缝,最终根部钢筋拉断,承载力和极限变形能力与弹塑性有限元分析结果吻合良好。钢板混凝土组合剪力墙具有良好的承载力与变形性能,是解决超高层建筑墙体在地震作用下承受轴向拉力的有效形式。     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

砼抗剪强度和剪切变形的研究

抗剪强度和剪切变形是砼的基本力学性能,又是强度理论研究和有限元分析的重要数据。本文用有限元方法分析了现有几种抗剪试件的应力状态,论证了破坏剪切面上的剪应力分布不均匀,且存在数倍于剪应力的正应力,因而不能给出准确的砼抗剪强度值。作者设计了四点受力等高变宽梁的抗剪试验方法,试件跨中剪切面接近纯剪状态,故给出的抗剪强度较为可靠。按此方法进行了不同强度(f_cu=17～64MPa)砼的试验,测定了抗剪强度和峰值应变,研究了它们与抗拉、抗压强度的关系,建议了剪应力-应变曲线方程,以及剪切模量的计算式。     

增设可恢复功能剪力墙加固框架的剪力分析

可恢复功能剪力墙可与框架形成框架-摇摆剪力墙结构或框架-自复位剪力墙结构,从而有效提升框架结构的抗震性能,避免薄弱层的出现.目前已有少量增设可恢复功能剪力墙加固既有框架结构的工程应用.为研究增设可恢复功能剪力墙加固框架的影响,首先提出了框架-可恢复功能剪力墙的分布参数模型,在此基础上使用模型对加固前后框架分担的剪力进行了对比分析.结果表明,均布外荷载作用下,在低楼层,加固后框架承受的水平剪力小于加固前框架;而在高楼层,加固后框架承受的水平剪力则大于加固前框架,该抗剪需求缺口受刚度特征值λ和Rf(反映墙体底部约束程度与剪力墙刚度相对关系的特征值)影响.     

剪切荷载作用下锚杆抗剪作用理论分析

为了分析剪切过程锚杆轴力和横向剪切力相对结构面换算的抗剪贡献影响程度,在经典梁理论的基础上,推导了锚杆抗剪力计算公式,并采用加锚结构面直剪试验验证了计算公式的可靠性。在此基础上,通过正交试验设计方法研究影响因素对锚杆轴力、横向剪切力相对结构面抗剪贡献的敏感程度。结果表明:锚杆抗剪理论计算与室内试验结果吻合较好;锚杆倾角是影响锚杆轴力相对结构面换算抗剪力的主要因素;锚杆需要一定变形才能调动起直径对轴力抗剪效应的影响;锚杆倾角是影响横向剪切力相对结构面换算抗剪力的最主要因素,围岩强度次之,剪切后期结构面剪胀系数的影响程度又大于围岩强度;直径对锚杆横向剪切力相对结构面换算抗剪力的影响程度最小。     

国产材料木框架墙体抗剪性能研究

以进口OSB板、国产胶合板、国产花旗龙板为墙面板,进口SPF和国产杉木为墙骨,设计制作5组木框架墙体试件,通过静力单向荷载试验和低周循环荷载试验测试木框架墙体抗剪性能,研究了不同材料组合对木框架墙体抗剪强度、弹性抗侧刚度、极限位移、耗能的影响.结果表明：采用国产胶合板的墙体具有良好的抗剪性能,可应用于剪力墙制作,而采用国产花旗龙板的墙体其抗剪性能较差,建议在实践中仅作为强度储备;采用国产杉木墙骨柱的墙体其抗剪性能稍劣于采用SPF墙骨柱的墙体;与标准墙相比,采用国产杉木和国产胶合板制作的墙体其抗剪性能明显降低.     

混凝土砌块剪力墙抗剪性能的试验研究

根据１１片砌块剪力墙在单调加载条件下的试验研究,在分析了正压力及剪跨比对墙片抗剪性能的影响的基础上,结合国内外同类课题的试验数据提出了砌块剪力墙抗剪承载力的公式。     

陶粒混凝土梁的受剪性能及其承载力研究

为研究混凝土强度等级提高后陶粒混凝土梁的受剪性能及其承载力,进行了10根高强陶粒混凝土梁的抗剪试验,并对陶粒混凝土梁的受力性能进行了分析。在对试验结果分析的基础上,提出了集中荷载作用下陶粒混凝土梁斜截面受剪承载力的计算公式;并应用《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84)的一次二阶矩法,对该计算公式进行了可靠度分析。分析结果表明,该计算公式满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)的要求。     

工字梁腹板和钢板剪力墙剪切屈曲系数分析

目前工字梁腹板和钢板剪力墙抗剪设计中分别假定翼缘和周边框架为钢板提供简支约束,再通过乘以1.23的嵌固系数来考虑周边构件的约束作用,而不考虑翼缘或周边框架的刚度。本文对剪切荷载作用下工字梁腹板和钢板剪力墙的弹性屈曲进行了有限元分析,指出与周边构件扭转刚度和钢板弯曲刚度的比值有关的参数β可以准确地衡量周边构件对钢板的约束程度。在对1000多个模型计算结果分析的基础上,给出了工字梁腹板和钢板剪力墙剪切屈曲系数随参数β的变化规律。     

配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力研究

对配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力进行了理论分析和试验研究。在综合分析影响配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力的各种因素的基础上 ,按结构可靠度设计原则 ,提出了配筋砌块砌体剪力墙抗剪承载力的设计计算公式。其计算结果与试验结果吻合较好。     

基于截面内剪力流分布规律的剪力滞效应分析

引起剪力滞效应的本质是截面内的纵向剪切变形.基于截面纵向剪力流的大小,提出了剪切翘曲位移函数修正系数.以此为计算模型,运用最小势能原理,结合变分方法,推导了考虑剪力滞效应的附加弯矩、挠度以及剪力滞系数的一般表达通式,并求解了在均布荷载作用下,简支箱梁的挠度与剪力滞系数的计算方法.结果表明,挠度与剪力滞系数与剪切转动趋势成正比,而与纵向剪切变形值无关.考虑修正系数的方法比传统的方法具有更高的求解精度.