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。     

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.     

梁转动对屈曲约束开缝钢板剪力墙受力性能影响有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,研究梁转动对屈曲约束开缝钢板剪力墙受力性能的影响,并以钢板与两侧约束部件的间隙Δ_c为参数,针对开缝墙面外约束条件进行分析。结果表明：在其它条件不变的情况下,开缝墙初始刚度以及耗能能力均与梁转动刚度成正比,与梁转动影响系数λ（λ为开缝墙屈服时刻梁转角与屈服层间位移角的比值）成反比,当λ<0.18时,初始刚度可达到理想条件下的85%,而当λ>2.00时,能量耗散系数至少下降25%;开缝墙滞回曲线饱满程度以及屈服荷载均与面外约束缺陷因子η成反比,η为Δ_c与两侧约束部件（钢筋混凝土板）所需最小厚度t_c,min的比值,当η<0.22时,开缝墙能够先于屈曲达到屈服,滞回曲线饱满,屈服荷载没有降低,而当η≥1.30时,开缝墙则较早发生面外屈曲,导致滞回曲线捏拢严重,屈服荷载下降25%。根据上述分析结果,由试验结果算得λ及η（分别取λ=0.40,η=0.30和λ=1.00,η=0.23）,得到的有限元曲线与试验曲线吻合较好。     

槽钢加劲钢板剪力墙受力性能研究

竖向槽钢加劲钢板剪力墙由内嵌钢板、边缘构件和墙板两侧对称布置的竖向槽钢加劲肋组成。槽钢加劲肋具有较高的抗弯、抗扭刚度,可为墙板提供有效的面外约束和轴向支撑作用。利用有限元分析软件ABAQUS对槽钢加劲钢板墙进行屈曲分析和静力弹塑性分析,研究槽钢距边缘构件距离、钢板宽厚比、高厚比、肋板刚度比和柱刚度对钢板墙及边缘构件力学性能的影响。结果表明,槽钢加劲肋至边缘构件的距离主要影响钢板墙的平面外变形,对钢板墙屈曲应力和承载力的影响较小。槽钢加劲肋可以有效提高墙板的屈曲应力。随着宽厚比和高宽比的减小,结构的承载力和刚度均显著提高。增大肋板刚度比可提高钢板墙的初始刚度和屈曲应力,肋板刚度比应大于20。为避免边框柱变形过大或过早破坏,边框柱应具有足够的刚度,增大柱刚度可以提高钢板墙的初始刚度,减缓墙板刚度的退化。     

钢板墙与防屈曲组合钢板墙的受剪性能分析

考虑几何非线性和面外初始缺陷,通过变化内嵌钢板的高厚比λ,考察了钢板墙与防屈曲组合钢板墙在水平荷载作用下的承载力、抗侧刚度和滞回性能的差异,并对比分析了两种墙体的内嵌钢板与边缘框架柱的相互作用.结果表明,随λ由大到小变化,钢板墙可分为薄钢板墙、中厚钢板墙和厚钢板墙三类;由于受到面外约束的作用,与钢板墙相比,防屈曲组合钢...     

十字加劲钢板剪力墙的变参分析

利用有限元软件ANSYS对十字加劲钢板墙进行变参分析,研究板的高厚比、高宽比、柱刚度、柱轴压比及肋板刚度比对其水平极限承载力和抗侧刚度等性能的影响,对比分析参数变化时钢板墙的面外变形和最终破坏状态的应力分布.参数分析表明:板的高厚比和高宽比变化明显改变了钢板墙的受力性能和破坏机制,对其抗侧性能影响显著;柱刚度主要影响内...     

开缝钢板墙及其在高层钢框架结构中应用试设计

介绍6组共12个1∶4缩尺开缝钢板墙试件往复加载试验研究。试验结果表明,由于钢板中对角拉带作用的存在,开设双层竖缝钢板墙的性能比开设单层竖缝钢板墙的性能更好。根据试验结果并结合理论分析,建议考虑板带端部附加变形影响的开缝钢板墙抗侧刚度与受剪承载力计算公式。以北京长富宫饭店钢框架结构为背景,试设计了一填充开竖缝钢板墙的框架结构,基于结构弹性层间位移角满足要求与墙板屈服时侧移角不小于1/300的原则,介绍了布设开缝钢板墙的方法与结构抗震设计过程,通过对新设计结构与原结构弹塑性时程分析结果及用钢量的比较,表明设置开缝钢板墙不仅可以提高框架结构的抗侧刚度,改善整体结构的抗震性能,而且可以节省钢材,震损后易于更换,是改善框架结构抗震性能的一种有效方法。     

不等高开缝钢板剪力墙屈曲分析

开缝钢板剪力墙具有延性好、耗能性能稳定以及能削弱拉力带效应等优点。剪力墙中开设的竖缝将整个内嵌钢板分割成若干条竖向墙肢,使开缝钢板剪力墙主要通过墙肢的面内弯曲,在墙肢两端形成塑性铰耗能。针对两种不等高类型开缝钢板剪力墙进行屈曲分析,考察开缝斜率对钢板剪力墙屈曲性能的影响。分析结果表明,相对于缝高斜率为零的等高开缝钢板剪力墙,不等高开缝钢板剪力墙的抗侧刚度和极限承载力得到显著提高。"梭型"开缝试件边缘墙肢应力较为集中。"蝶型"开缝试件应力分布较为均匀,特别是缝高斜率为0.39的试件,墙肢几乎同时屈服,能较好发挥中间墙肢耗能性能。     

框架-防屈曲开缝钢板墙体系设计方法的比较研究

防屈曲开缝钢板墙是一种新型的抗侧力构件,除具有一般钢板墙的特点外,还具有塑性性能好、滞回特性稳定以及可以独立地变化墙板承载力和刚度等优点。目前,有学者针对该结构体系提出基于性能设计的能力设计法和能力准则法,采用上述理论以及日本被动减震结构的设计方法(性能需求法),对1榀6层3跨的防屈曲开缝钢板墙结构算例进行了分析,比较研究了3种方法对结构性能的影响。计算结果表明:对于能力设计法,适当提高墙板的设计屈服位移,可以有效地增大结构的延性;能力准则法需要多次试算,结构性能指标不易控制,通过承载力控制设计墙板屈服位移,耗能效率较高;性能需求法得到的结构延性最好,但用钢量较大,应用于防屈曲开缝钢板墙设计,尚需解决框架梁设计、墙板屈服位移取值等问题。     

开缝钢板剪力墙滞回性能研究

开缝钢板剪力墙的开缝形式能够改善结构破坏形式、提高耗能能力及延性。为研究不同开缝形式和开缝参数对开缝钢板剪力墙的滞回性能影响,利用ABAQUS有限元软件建立了开缝钢板剪力墙的数值模型。结果表明,有限元计算结果和试验结果吻合较好。设计了竖缝、斜缝和对称斜缝3种开缝形式,通过28个钢板剪力墙试件的计算分析发现开缝钢板墙能够很好地实现屈曲前屈服。开缝使得钢板墙的承载力和刚度明显下降,但滞回环饱满,具有较好的耗能性能;而对称斜缝钢板墙可获得较好的屈服耗能。研究结果表明:缝间墙肢宽高比为0.2时的钢板墙刚度和耗能性能较好;通过合理设置钢板墙中的开缝参数,可使得钢板墙具有可控的抗侧刚度和承载力,获得较好的抗震耗能能力。通过骨架曲线上的特征点对开缝钢板墙的受力过程进行分析,考察了缝间墙肢宽高比b/h和高厚比h/t对开缝钢板墙滞回性能的影响。     

纯剪荷载作用下帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板墙元的抗震性能试验研究

提出了一种帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构抗侧力体系。为了研究该帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的抗震性能,剥离了钢板剪力墙结构抗侧力体系中梁柱框架刚接对体系抗侧力的贡献,从钢板剪力墙中提取出“墙元”,并保证其为纯剪受力状态,设计了5个帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙墙元试件,对其进行往复剪切荷载下的拟静力试验。结果表明：帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构承载能力稳定,位移延性系数达到7以上,极限位移角达0.03rad,塑性变形能力较强;帽型冷弯薄壁型钢可以阻断内嵌钢板斜向通长拉力带,使钢板约束覆盖区域处于平面剪切受力变形状态,从而提升结构承载力、刚度和耗能能力,充分发挥钢板的材料性能;外贴OSB装饰板材可以满足建筑功能的适用性,同时强化了整体结构的抗震性能。     

钢板-砖砌体组合短柱轴心受压性能试验研究与理论分析

为了研究钢板-砖砌体组合柱中对拉螺栓间距、钢板厚度与结构胶侧向黏结力对钢板局部屈曲的影响,对6个钢板-砖砌体组合短柱试件进行轴心受压试验。结果表明,随着钢板厚度的增加、螺栓间距与钢板厚度之比的减小,钢板局部屈曲变形程度相对降低;可见屈曲荷载与极限荷载的比值为70%~85%左右;在有结构胶侧向黏结力作用下,钢板的局部屈曲发展受到一定程度的约束,使得采用应变片读数判断的钢板局部屈曲临界点与钢板发生可见屈曲变形时对应的荷载值可能存在差异。基于试验数据,通过拟合分析得到钢板发生可见屈曲变形时的钢板应力计算模型,提出轴心受压钢板-砖砌体组合柱钢板发生可见屈曲变形时的承载力计算式。通过与试验结果的对比可知,提出的计算方法可以用于指导类似构件的设计。     

Experimental Study on Low Cyclic Loading Tests of Steel Plate Shear Walls with Multilayer Slits

A new type of earthquake-resisting element that consists of a steel plate shear wall with slits is introduced. The infill steel plate is divided into a series of vertical flexural links with vertical links. The steel plate shear walls absorb energy by means of in-plane bending deformation of the flexural links and the energy dissipation capacity of the plastic hinges formed at both ends of the flexural links when under lateral loads. In this paper, finite element analysis and experimental studies at low cyclic loadings were conducted on specimens with steel plate shear walls with multilayer slits. The effects caused by varied slit pattern in terms of slit design parameters on lateral stiffness, ultimate bearing capacity and hysteretic behavior of the shear walls were analyzed. Results showed that the failure mode of steel plate shear walls with a single-layer slit was more likely to be out-of-plane buckling of the flexural links. As a result, the lateral stiffness and the ultimate bearing capacity were relatively lower when the precondition of the total height of the vertical slits remained the same. Differently, the failure mode of steel plate shear walls with multilayer slits was prone to global buckling of the infill steel plates; more obvious tensile fields provided evidence to the fact of higher lateral stiffness and excellent ultimate bearing capacity. It was also concluded that multilayer specimens exhibited better energy dissipation capacity compared with single-layer plate shear walls.     

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。     

超薄加劲钢板剪力墙受剪性能试验研究及数值分析

对于超薄加劲钢板剪力墙,由于钢板超薄,采用传统焊接工艺将导致严重的焊接变形,故需要采用改进焊接工艺,即将钢板墙在加劲肋处断开,进行弯折组合后焊接并形成加劲肋。为研究采用改进焊接工艺完成的超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能,进行了足尺试件的受剪性能试验,研究了钢板墙的受剪破坏形态、滞回特性、承载能力及耗能能力等,验证了在竖向加劲肋位置采用的改进连接构造及焊缝工艺满足受剪承载力要求,并对不同钢柱截面、不同墙宽高比对钢板墙受剪性能的影响进行了对比分析。结果表明：采用改进工艺的钢板剪力墙满足受剪承载力要求且具有稳定的耗能能力,随着钢柱截面积增大,钢板墙的侧移刚度、峰值荷载均有所增加,相应的极限位移、耗能能力有所下降;随着墙宽高比减小,钢板墙的侧移刚度、屈服荷载、峰值荷载均相应降低,相应的极限位移、耗能能力有所提高。采用通用有限元分析软件ANSYS对超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能试验进行了数值模拟,有限元结果与试验结果总体吻合良好,有限元分析可以很好地模拟超薄加劲钢板剪力墙的全受力过程和破坏模式。     

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。     

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。     

双波形钢板剪力墙滞回性能研究

为研究双波形钢板剪力墙的滞回性能,利用有限元软件ABAQUS分别建立单波形钢板剪力墙与双波形钢板剪力墙的有限元模型,对2种波形钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,研究了内嵌波形钢板的设计参数对双波形钢板剪力墙滞回性能的影响规律,给出了波形钢板设计参数的取值建议。结果表明:与单波形钢板剪力墙相比,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力及耗能能力均提高,但其延性有一定程度的降低; 内嵌波形钢板的厚度与波形几何尺寸是影响双波形钢板剪力墙滞回性能的关键参数,随着厚度的增大,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力、耗能能力及延性均提高; 随着波长的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度提高,但承载能力及耗能能力降低; 随着波幅的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度降低,但承载能力及耗能能力均提高。