玻化微珠保温墙模复合剪力墙承载力研究

适应建筑节能的要求,提出一种新型保温承重结构体系——玻化微珠保温墙模复合剪力墙体系。通过轴压试验研究与有限元模拟分析,确定单片免拆墙模复合剪力墙在轴向压力作用下的承载能力,了解复合剪力墙的破坏形态、变形能力。同时进行传统剪力墙轴压试验研究及数值模拟,比较两种墙体的强度及平面外稳定性,确定墙模对内部混凝土的复合增强作用。试验及模拟分析结果均表明本体系复合剪力墙在正常使用荷载下具有较大的承载能力和刚度,具有很好的整体工作性能。研究成果可以为保温墙模复合剪力墙的工作性能评价和安全设计提供理论依据。     

免拆保温墙模带缝剪力墙体系的抗震动力分析

免拆保温墙模复合剪力墙的研发为保温节能住宅的发展开辟了新的道路。通过建立符合实际工作情况的三维空间有限元模型,利用有限元软件ANSYS对该结构体系试验楼进行结构抗震动力分析。结构抗震验算中,采用振型分解反应谱法进行地震作用下结构强度验算,采用时程分析法进行弹性变形计算,找到该结构的破坏模式,同时建立传统剪力墙模型与试验楼模型进行对比。分析结果表明保温墙模带缝剪力墙结构较普通剪力墙结构自重减轻、自振频率减小,因而减轻了结构的地震作用反应。在小震作用下,该结构体系弹性层间位移角很小,结构抗侧刚度大,抗震能力较强。该文研究结果可以为设计安全、经济、适用的结构提供理论依据。     

侧边加劲带缝钢板剪力墙滞回性能研究

带缝钢板剪力墙延性好、耗能能力强,是一种性能优良的新型抗震组件。采用数值模拟对边缘加劲带缝钢板剪力墙的滞回性能进行研究,系统分析了各种特征参数对墙板刚度、承载力及耗能能力等的影响,并在此基础上提出设计建议。分析表明:实现屈曲前屈服是带缝钢板剪力墙兼具高延性和高耗能能力的必要条件;减小缝间墙肢宽度与墙板高度之比,或增大缝间墙肢高度与墙板高度之比,将有利于墙板实现屈曲前屈服;随开缝参数不同,墙板的面外变形形态分为两类;增大肋板刚度比可显著增大发生整体失稳墙板的延性;在保证自身局部屈曲不早于墙板整体屈曲发生的前提下,为方便取材,加劲肋应首选与墙板同厚的钢板。     

双功能带缝剪力墙的刚度和承载力研究

双功能带缝剪力墙是根据结构抗震控制概念,在通缝墙的开缝部位设置连接键而形成的一种新型抗震控制剪力墙。本文根据试验,研究了双功能墙的初始侧移刚度、弹塑性阶段侧移刚度的变化和延性承载阶段侧移刚度的衰减程度．论文还建立了双功能墙的力学计算模型,并采用该模型研究了双功能墙的最大承载力和延性承载力。     

两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

为研究带窗洞的预制装配式混凝土剪力墙中窗下墙对结构抗震性能的影响,该文对两个带不同高度窗下墙的两层预制剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。在此基础上,提出了带窗下墙预制剪力墙结构的精细有限元数值模拟方法,结合试验结果分析揭示了窗下墙对带开洞预制剪力墙抗震性能的影响。试验和数值模拟分析结果表明,两试件在初始受力阶段,窗下墙与下层连梁作为一根整体连梁共同工作,此后二者逐渐脱开,形成两根并列布置的双连梁;两试件的破坏形态均为墙肢根部和双连梁两端形成塑性铰,最终塑性铰区混凝土被压碎;窗下墙较高的试件W-2承载力和初始刚度均大于W-1,延性和耗能能力则小于W-1;预制剪力墙构件中的窗下墙可显著提高该类构件的刚度、承载力和耗能能力,对带窗下墙的预制剪力墙结构进行抗震设计时应对窗下墙予以考虑。     

无边缘构件钢管束剪力墙的墙梁节点抗震性能试验研究

基于钢管束组合结构剪力墙无边缘构件的构造特点,提出了两种墙梁节点构造形式,并进行了四组足尺模型滞回试验,其中一组为肋板型墙梁刚接节点,三组为端板型墙梁刚接节点。研究节点类型、端板厚度等对节点破坏形态和抗震性能的影响。分析研究了节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性以及耗能能力等抗震性能指标。研究结果表明:两种类型的节点具有良好的承载能力和延性,其中延性系数μ≈1.29~3.39,滞回曲线呈现饱满稳定的梭型,刚度退化缓慢,耗能能力良好,能量耗散系数E≈1.673 5~2.597 2。节点可以满足美国规范AISC341-10和中国规范GB 50011抗震设计要求,可以在钢管束组合结构剪力墙的实际工程中应用和推广。     

沿竖向耗能剪力墙的低周反复荷载试验研究

本文通过九片带竖缝耗能剪力墙和三片普通实体墙的低周反复荷载试验，对比研究了这两类剪力墙的破坏机理、耗能机理，从强度、变形、刚度、耗能四个方面综合评价其抗震性能，并研究了轴压比、穿越橡胶带的钢筋面积对带缝墙的抗震性能的影响，表明了带竖缝耗能墙具有良好的抗震性能。     

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架的性能参量及计算方法

钢框架延性好,但抗侧承载力和刚度较小,一般可加设钢板墙等抗侧力构件来达到结构的抗侧需求。屈曲约束钢板剪力墙是一种新型抗侧力构件,通过面外约束板的限制,钢板墙在剪力下不会发生屈曲破坏,因此其抗侧刚度、承载力和延性均较大。屈曲约束钢板剪力墙钢框架不但大大提高了原框架的刚度和承载力,同时还具备良好的延性。考虑到加设钢板墙后,框架梁的抗剪刚度与承载力可能不足,该文选取研究的屈曲约束钢板墙除了上下端与框架梁连接外,部分还与框架柱连接。对于这种新型内嵌屈曲约束钢板墙钢框架,该文从理论上详细推导了结构的抗侧刚度、屈服承载力等力学性能参量计算方法,得到了相应的理论公式。通过相关文献的试验数据对比,发现理论计算值与试验值很接近。     

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。     

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。     

新型装配式金属消能减震复合墙板抗震性能试验研究

为了研究新型预制装配式金属消能减震复合墙板的抗震性能,分别对新型预制装配式复合墙板以及传统夹心墙板进行了低周反复加载试验,对比研究了试件的破坏模式、滞回耗能性能、承载力与刚度、位移延性等变化。研究表明:新型预制金属消能减震复合墙板滞回曲线呈现"平行四边形",相对于传统复合墙板较为饱满,具有良好的抗震性能;相比于传统夹心复合墙板主要在墙板中部出现X形剪切裂缝,新型预制装配式金属消能复合墙板裂缝主要在墙板角部出现,具有良好的整体性能;新型预制装配式金属消能减震复合墙板具有较小的侧向刚度、较好的位移延性,能够降低围护墙板附加刚度约束效应;新型预制装配式金属消能减震墙板能够达到"小震下处于弹性,大震下屈服耗能"抗震设计目标。     

内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩抗震性能研究

基于可恢复功能结构设计理念,提出一种新型内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩。开展了6榀门式箱型钢桥墩试件在变轴压和水平往复加载下的拟静力试验,通过分析试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化特征、强度退化系数和累积滞回耗能等性能指标,探讨了设置耗能钢板、轴压比和耗能钢板厚度等对新型门式钢桥墩抗震性能的影响规律。建立门式钢桥墩试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明：设置耗能钢板能够提升门式箱型钢桥墩的延性、变形能力和耗能能力,且能有效延缓壁板的屈曲变形和开裂。新型门式箱型钢桥墩根部壁板螺栓孔附近钢板易因应力集中而开裂,致使试件最大承载力迅速降低。随着轴压比的增大,试件的承载力、耗能能力和震后可恢复性能提高。可更换耗能钢板的厚度越小,试件的承载力越低、刚度退化越快,但其延性和耗能能力得到提升。轴压比和耗能钢板厚度对试件强度退化的影响相对较小。为便于新型门式钢桥墩的推广应用,基于试验研究结果提出内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩的延性评估简化公式和承载力的抗震设计公式。     

结构抗震消能控制的试验与应用研究

为了改善高层剪力墙结构的抗震性能,根据结构控制的原理提出了一种新型剪力墙—沿竖向消能的带竖缝剪力墙。首先,进行了竖缝处消能装置的剪切—摩擦试验,研究了这种消能装置的受力机理和消能机理,给出了荷载—位移骨架曲线的理论计算方法。其次,进行了带有此消能装置的一层带竖缝剪力墙和普通实体墙的低周反复荷载试验,对比研究了这两类剪力墙的破坏机理和滞回特性,试验表明这种新型消能剪力墙具有良好的抗震性能。接着,讨论了这种剪力墙的消能计算方法。最后,介绍了消能剪力墙的一个工程应用实例。     

新型带竖向缝隙的矩形钢管排柱剪力墙及其抗侧性能

针对传统薄钢板剪力墙以及带竖缝钢板剪力墙存在的问题,提出了一种新型带竖向缝隙的矩形钢管排柱剪力墙。基于机构控制法,设计了新型剪力墙的典型算例,并进行了弹性屈曲、弹塑性抗侧和滞回性能分析。结果表明:新型剪力墙的一阶弹性屈曲均为钢管壁的局部屈曲,且临界荷载远大于弹塑性极限承载力;新型剪力墙具有优异的弹塑性抗侧性能,延性系数可达20以上;弹塑性滞回性能曲线饱满,耗能能力佳。在此基础上,提出了新型剪力墙的弹性抗侧刚度、屈服荷载和极限抗侧承载力等关键性能参数的计算方法,同时对截面宽厚比、连接焊缝的高度等构造措施提出了要求。     

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。