双层斜开槽钢板剪力墙等效杆系模型研究

双层斜开槽钢板剪力墙由两层开有斜槽的薄钢板组成,两层钢板上斜槽的方向相反,通过橡胶层粘接在一起,具有相同的平面外变形.在水平荷载作用下,双层斜开槽剪力墙中,一层钢板上的斜向板带受拉,另一层钢板上的斜向板带受压.通过受拉斜向板带对受压斜向板带提供平面外支撑,减小受压斜向板带的平面外屈曲变形,形成自防屈曲机制.提出了用于双层斜开槽钢板剪力墙承载力和抗侧刚度计算的等效杆系模型,采用位于斜向板带中心线的等效杆件来代替斜向板带;等效杆件的截面宽度和截面高度与所替代的斜向板带的宽度和厚度相同.通过等效杆系模型和壳单元有限元模型,研究了剪力墙高宽比、高厚比、斜向板带宽度等对双层斜开槽钢板剪力墙受力性能的影响.等效杆系模型和壳单元模型分析结果的对比表明,等效杆系模型具有较好的适用性.     

双层斜开槽钢板剪力墙受力性能研究

双层斜开槽钢板剪力墙,包括周围框架及两片内填薄钢板,每片钢板开设与柱中心线呈45°角的系列斜槽并反向布置,两片钢板通过一层橡胶黏结。在往复水平荷载作用下,双层斜开槽钢板中总有一层钢板其斜向板带处于受拉状态,因此剪力墙系统表现出稳定的滞回性能,同时受拉板带为另一层钢板中受压板带提供面外支撑,显著提高了受压钢板的屈曲承载力,形成自防屈曲机制。通过与内填实体薄钢板的普通剪力墙作对比分析,揭示了双层斜开槽钢板剪力墙的优势,斜槽的开设改变了实体钢板剪切屈曲模式,斜向板带以轴向拉压承载,有效缓解了钢板因反复剪切屈曲变形引起的疲劳损伤;斜向板带的早期顺序屈服保证了地震早期的能量耗散,斜槽的开设对钢板截面的弱化可确保钢板优先于框架屈服。     

考虑屈曲后强度的钢板剪力墙极限剪力计算

对多高层钢结构中钢板剪力墙的极限抗剪承载力进行了计算和分析,给出了钢板剪力墙剪切屈曲剪力、受剪屈曲后拉力场所承担剪力以及考虑框架杆件作用的极限剪力计算公式。利用文中所给公式对不同尺寸的剪力墙进行了计算,计算表明,对于宽厚比较大的钢板,屈曲后拉力场承担的剪力远远大于屈曲剪力,按考虑屈曲后强度设计较合理和经济。     

三边约束组合钢板剪力墙单元抗震性能试验研究

提出一种适用于钢框架结构体系的新型组合钢板剪力墙单元,它由三边固接一边弹性约束的钢板和预制水泥基覆板组合而成。通过三种钢板宽厚比的纯钢板剪力墙和组合钢板剪力墙共6个试件的静力加载试验,考察宽厚比对三边约束钢板受剪承载力的影响,同时考察分析预制水泥基覆板对内嵌钢板的屈曲承载力和受剪承载力的影响。试验结果表明：宽厚比决定了钢板初始抗侧性能和屈曲模态;预制水泥基覆板对提高剪力墙单元受剪承载力和钢板屈曲承载力有一定帮助;通过有效抑制内嵌墙板的面外屈曲,可以提高组合钢板剪力墙单元的抗震性能。     

双钢板混凝土组合剪力墙斜截面承载力计算方法

分析24片以剪切破坏为主的双钢板混凝土组合剪力墙的低周反复加载试验结果表明,剪切破坏以腹部混凝土斜压杆压碎或表面钢板拉断为破坏特征,无轴压力作用时,墙体腹部混凝土形成45°交叉斜裂缝,表面钢板发生45°剪切屈曲;轴压力可提高墙体的斜截面承载力;当剪跨比小于0.85时,随剪跨比减小,墙体受剪承载力增大,当剪跨比大于0.85时,剪跨比的变化对墙体受剪承载力影响不大.在此基础上,提出了该类组合剪力墙斜截面承载力计算的交叉斜杆模型,即当墙体达到极限状态时,钢板可视为45°分布式斜拉杆,混凝土可视为45°分布式斜压杆,拉压杆相互垂直.进而推导了组合剪力墙斜截面承载力的计算公式,并通过拟合试验结果,考虑轴压力对组合剪力墙斜截面承载力的影响.公式计算结果与试验结果吻合良好.     

十字加劲钢板剪力墙的抗剪极限承载力

我国《高层民用建筑钢结构技术规程》规定了钢板墙剪切弹性屈曲不先于剪切屈服,其明显的不足是没有利用板的屈曲后强度,同时弹性屈曲也不能作为结构在弹塑性阶段的设计指标。本文应用板的大挠度弹塑性有限元方法对十字加劲方形钢板剪力墙的屈曲后性能和极限承载力进行了系统的研究,并在大量数值分析的基础上,提出了以板的平均剪切应变相应的剪应力作为钢板剪力墙承载能力的极限状态,以达到利用薄板屈曲后强度的目的,进而提出了钢板剪力墙承载力的设计简化计算公式及钢板墙侧柱刚度阈值的计算公式,供设计参考。数值计算结果表明,影响钢板墙抗剪性能主要有三个参数:板高厚比、肋板刚度比和边柱刚度。     

钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验研究

完成了截面纵筋率为3%,剪跨比为1.5的2片钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验。当剪力墙反复处于拉剪、压剪受力状态时,剪力墙在拉剪阶段屈服,在压剪阶段发生脆性受压破坏。当承受的拉力较小时剪力墙为大偏心受拉,斜裂缝处竖向和水平分布筋屈服;当承受的拉力较大时剪力墙为小偏心受拉,水平通缝处截面纵筋屈服。剪力墙受压时刚度大,端部纵筋受拉后再受压容易屈曲,因此其抗压剪承载力先于抗拉剪承载力达到峰值,抗压剪承载力因混凝土的受压脆性经过峰值点后迅速下降。与拉剪受力相比,剪力墙在压剪受力时的承载力高、变形小。剪力墙的抗拉剪、抗压剪承载力和抗压剪变形能力随目标轴力幅度的提高而下降。与定轴力受剪试验结果相比,剪力墙在拉压变轴力受剪时的抗拉剪承载力降低,抗压剪承载力未有显著变化。轴拉力不仅会降低剪力墙的抗剪承载力,还会加大剪力墙受拉、受压时抗剪承载力的差异,因此应控制底部剪力墙受拉,并控制墙体受拉水平。     

组合钢板剪力墙屈曲强度研究

钢板外包钢筋混凝土组合剪力墙侧向刚度大、延性好,是一种有效的抗侧力构件。薄钢板墙两侧或单侧的钢筋混凝土板通过焊接栓钉和粘结作用与钢板共同工作。混凝土板旨在防止钢板受剪屈服前发生整体屈曲或局部屈曲,外包混凝土板厚度的确定是组合钢板剪力墙设计的关键。采用有限元法对组合墙板进行了弹性屈曲分析;采用薄板理论建立了组合剪力墙屈曲强度简化计算公式;讨论了板边界条件、混凝土板高厚比、钢板高厚比、混凝土弹性模量及板高宽比对有限元计算与简化公式计算结果间差异的影响;基于简化公式和有限元计算结果提出了组合钢板剪力墙弹性屈曲强度计算公式,可用于确定外包混凝土板厚度需求。     

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。     

不同面外约束下带缝钢板剪力墙的抗剪性能研究

采用有限元软件ABAQUS,考虑几何非线性和面外初始缺陷的影响,对比分析钢筋混凝土板约束、刚性板约束以及无面外约束的带缝钢板剪力墙在水平荷载作用下的刚度、抗剪承载力、延性和耗能能力,并研究面外约束对带缝钢板的应力分布和面外屈曲的影响。结果表明:钢筋混凝土板可以抑制带缝钢板的弹性屈曲,降低带缝钢板的拉力带效应,提高带缝钢板剪力墙的延性、抗剪承载力和耗能能力。为了使钢筋混凝土板能更好地约束带缝钢板的面外屈曲,建议在剪力墙的小变形阶段,混凝土板不参与抗剪。     

波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板剪力墙在水平荷载作用下的抗侧力性能,完成了水平波形和竖向波形的钢板剪力墙模型的低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对波形钢板剪力墙模型进行了模拟分析。试验结果表明：波形钢板剪力墙结构具有较高的侧向承载力、较强的抗剪屈曲能力和稳定的滞回性能;竖向波形钢板剪力墙在加载过程中发生了沿墙体对角线的X形剪切破坏;水平波形钢板剪力墙在加载过程中未出现波形钢板的屈曲破坏。因此,水平波形钢板剪力墙的极限荷载比竖向波形钢板剪力墙的更高、延性更好、滞回曲线更加饱满。在水平受剪时,竖向波形钢板剪力墙易产生拉压效应,水平波形钢板剪力墙易发生H型钢柱屈曲。波形钢板与边缘约束H型钢柱之间的焊缝未出现开裂,焊缝连接保证结构的整体性能。对比有限元分析结果与试验得到的数据,水平波形钢板剪力墙的荷载、位移比竖向波形钢板剪力墙的更接近试验值。采用有限元法对不同波角和钢板厚度的水平波形钢板剪力墙的抗侧性能进行了分析,结果表明：当钢板比较薄的时候,容易发生波形钢板的剪切破坏;当钢板较厚的时候,容易发生边缘约束H型钢柱的过早屈曲,对结构的承载力和延性不利;当波形钢板的波角为45°时,波形钢板剪力墙的承载力以及延性性能最佳。波角过大或过小时,剪力墙承载力均有所降低。因此,水平波形钢板剪力墙宜采用45°波角与厚度适中的钢板。     

斜向槽钢加劲钢板剪力墙弹性剪切屈曲研究

通过对剪切作用下的闭口斜加劲钢板剪力墙进行有限元弹性屈曲分析,研究了肋板刚度比和抗扭抗弯刚度比对斜向槽钢加劲钢板剪力墙剪切屈曲性能及其加劲门槛刚度的影响。通过有限元分析,得到了斜向加劲钢板剪力墙临界剪切屈曲应力随内填板跨高比和加劲肋抗扭抗弯刚度比变化的关系曲线。考虑加劲肋对内填板加劲边转动约束,提出了第二门槛刚度,并给出了具有良好精度的斜向槽钢加劲钢板剪力墙的门槛刚度及第二门槛刚度计算公式。研究结果表明,受压型加劲肋对加劲板的临界剪切屈曲应力提高明显,随肋板刚度比的增大,加劲板的剪切屈曲应力增大,而受拉型加劲肋对板的屈曲荷载提高有限;当肋板刚度比达到第二门槛刚度时,加劲肋可以完全约束加劲边的面外位移和转动。当提高加劲肋的抗扭抗弯刚度比时,能够有效降低加劲肋的门槛刚度,因此,建议加劲肋的抗扭抗弯刚度比不低于0.307。     

斜向槽钢加劲钢板剪力墙弹性剪切屈曲研究

通过对剪切作用下的闭口斜加劲钢板剪力墙进行有限元弹性屈曲分析,研究了肋板刚度比和抗扭抗弯刚度比对斜向槽钢加劲钢板剪力墙剪切屈曲性能及其加劲门槛刚度的影响。通过有限元分析,得到了斜向加劲钢板剪力墙临界剪切屈曲应力随内填板跨高比和加劲肋抗扭抗弯刚度比变化的关系曲线。考虑加劲肋对内填板加劲边转动约束,提出了第二门槛刚度,并给出了具有良好精度的斜向槽钢加劲钢板剪力墙的门槛刚度及第二门槛刚度计算公式。研究结果表明,受压型加劲肋对加劲板的临界剪切屈曲应力提高明显,随肋板刚度比的增大,加劲板的剪切屈曲应力增大,而受拉型加劲肋对板的屈曲荷载提高有限;当肋板刚度比达到第二门槛刚度时,加劲肋可以完全约束加劲边的面外位移和转动。当提高加劲肋的抗扭抗弯刚度比时,能够有效降低加劲肋的门槛刚度,因此,建议加劲肋的抗扭抗弯刚度比不低于0.307。     

开缝钢板墙抗震性能的试验研究

为了研究开缝形式对开缝钢板墙抗震性能的影响,完成了6组共12片1∶4比例的开缝钢板墙试件的往复加载试验。试验结果表明:开单层竖缝钢板墙的屈曲形态是竖缝间板带的单独扭转屈曲形态(第一类屈曲形态),屈服与破坏集中在竖缝的端部,造成竖缝间板带逐渐断裂,导致试件的刚度与承载力逐渐下降,滞回曲线出现剪切滑移现象;开双层竖缝钢板墙的屈曲是板内对角方向形成斜拉带的整板屈曲形态(第二类屈曲形态),到剪切位移角超过4%,试件的承载力没有出现下降,且滞回曲线相对饱满;竖缝间板带的长宽比越大,试件的抗侧刚度与屈服承载力越低;与开单层竖缝试件相比,开双层竖缝墙板的抗侧刚度与屈服承载力均明显提高。建议的试件初始刚度和承载力理论计算结果与试验得到的结果基本一致。     

内置钢板-混凝土剪力墙抗剪承载能力模拟研究

内置钢板-混凝土组合剪力墙在钢筋混凝土剪力墙截面中配置钢板,充分发挥了钢筋混凝土和钢板的作用,其抗弯、抗剪性能有了明显提高。本文通过ABAQUS有限元软件建立组合墙体的精细化模型进行数值分析,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证模型的正确性。随后通过36组模型研究了钢板厚度、混凝土强度和轴压比对组合墙体抗剪承载力的影响。最后结合中国、美国和日本的相关结构设计规范,对内置钢板-混凝土剪力墙的斜截面受剪承载力计算公式提出修改建议。     

带暗柱的双钢板高强混凝土组合剪力墙抗震性能分析

双钢板高强混凝土组合剪力墙是由双层钢板内填高强混凝土构成的一种新型高层建筑抗侧力构件。本文进行了3个试件的低周反复加载试验,试件的破坏模式为钢板屈曲后混凝土压溃。试验结果表明双钢板高强混凝土组合剪力墙具有较高的承载力和良好的变形能力。在试验研究的基础上建立了有限元模型进行单调加载推覆分析,研究了轴压比、剪跨比、距厚比和配筋率等参数对剪力墙抗震性能的影响,最后推导了组合剪力墙的极限承载力计算公式。     

开洞加劲钢板剪力墙的抗侧承载力分析

为研究墙板开洞对加劲钢板剪力墙抗侧承载力的影响,首先建立了梁 壳混合弹塑性有限元单层墙板模型,研究了极限状态下影响开洞加劲墙板受剪承载力的关键因素。在此基础上,通过大量有限元计算和参数分析,提出了用于计算开洞加劲墙板受剪承载力折减率的简化计算式,并与有限元计算结果进行对比,精度满足要求。以3个加劲钢板剪力墙试件的低周往复荷载试验研究为基础,建立了精细有限元分析模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好,证明了模型的合理性和准确性。提出了加劲钢板剪力墙结构抗侧承载力的理论模型和计算公式,理论计算结果与有限元分析结果吻合良好。     

低剪跨比闭口型压型钢板组合剪力墙抗震性能试验研究

综合考虑闭口型压型钢板的板肋具备优越的连接件性能和抑制钢板屈曲等有利因素，提出一种外包闭口型压型钢板混凝土组合剪力墙结构。为研究轴压比、混凝土强度、钢板厚度和增强连接构造(钢板表面设置螺钉和肋缝灌胶)对组合剪力墙抗震性能的影响，进行了6个剪跨比为1.0的闭口型压型钢板组合剪力墙试件低周往复加载试验。试验加载过程中，采用非接触式3D-DIC测量系统对外包压型钢板的全场应变进行监测。试验研究表明：闭口型板肋能较好地发挥抗剪连接件作用，从而实现外包钢板和内填混凝土之间良好的共同工作性能；钢板屈曲后在主拉应变方向形成斜向拉力场作用，所有组合剪力墙试件荷载达到峰值时，各板带钢板在主拉应变方向已基本屈服；组合剪力墙具有稳定的滞回性能和良好的变形能力，极限位移角为1/53～1/38,钢板与混凝土的连接无需进一步采取增强措施。基于钢板拉力场理论模型和混凝土软化拉压杆模型，提出组合剪力墙水平受剪承载力计算公式，其计算值与试验值吻合良好。     

偏心受拉钢筋混凝土剪力墙受剪性能试验研究

对4个偏心受拉钢筋混凝土剪力墙试件进行了静力试验研究,研究发现：对于小剪跨比试件,轴拉力可以改善试件延性,同时降低剪力墙的受剪承载力和侧向刚度;提高剪力墙中的竖向分布钢筋配筋率可提高偏心受拉剪力墙的斜截面受剪承载力。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中偏心受拉剪力墙斜截面受剪承载力计算公式可满足工程设计安全要求,但是该公式中未考虑竖向分布钢筋的贡献,对于竖向分布钢筋配筋率较高的剪力墙计算结果偏保守。提出了考虑竖向分布钢筋贡献的偏心受拉剪力墙斜截面受剪承载力计算式,同时,提出了偏心受拉剪力墙的设计建议,以期为实际工程设计提供参考。     

开缝钢板剪力墙抗剪承载力分析

开缝钢板剪力墙是通过在钢板中开竖缝形成的一种新型抗侧力构件,由竖缝分隔而成的钢板柱是其基本单元,现有开缝钢板剪力墙极限抗剪承载力计算公式假定钢板柱端部全截面塑性。利用通用有限元软件ABAQUS进行参数分析,研究了钢板柱高宽比与高厚比对其极限抗剪承载力的影响。通过在钢板柱端部引入塑性区长度,对现有的抗剪承载力公式进行修正,同时考虑了较大侧向变形下拉力场对极限抗剪承载力的影响,最后给出了更加精确的开缝钢板剪力墙极限抗剪承载力计算公式。