薄壁复合箱型梁的弯曲—扭转屈曲分析

对一轴心受压薄壁复合构件的屈曲进行研究。提出一个广义的分析模型，可用于分析轴心受压薄壁复合箱型梁的弯曲、扭转以及弯扭屈曲作用。此模型基于经典层压理论，考虑了任意层压堆积规律，结构的弯曲和扭转模式的耦合问题，如非对称以及对称和各种边界条件。采用一个基于位移的一维有限元模型来预测薄壁复合钢筋的临界荷载和随后的屈曲模式。从总势能的平稳值原则中推导出屈曲控制方程。轴心受压薄壁复合件的数值计算结果可用于估测纤维角、各向异性和边界条件对临界屈曲荷载和复合件模态的影响。     

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.     

面内荷载作用下低屈服点钢板剪力墙的试验研究

进行面内荷载作用下低屈服点钢板剪力墙的试验研究。在低屈服点钢板剪力墙结构中,钢板墙采用低屈服点型钢,而边缘框架采用高强型钢。分析了面内单调荷载作用下,低屈服点型钢墙的非线性剪切屈曲性能及宽厚比的影响。对多层低屈服点钢板剪力墙进行滞回性能试验,研究刚度、强度、变形及耗能性能。结果表明:低屈服点钢板剪力墙具有优越的变形及耗能能力,侧向荷载作用下,其层间位移角能超过5%。     

低屈服点钢板剪力墙抗震性能研究

在低屈服点钢板剪力墙体系中,内嵌钢板使用低屈服点钢,周边框架使用普通钢材。采用数值方法研究低屈服点钢板剪力墙在单调荷载作用下的抗剪性能和在反复周期荷载作用下的滞回性能。对内嵌钢板的屈服强度和高厚比进行参数分析,用于研究其对结构抗震性能的影响;分析显示低屈服点钢板剪力墙有很好的变形能力和耗能性能且能减小对主框架的影响。     

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。     

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙抗震性能试验研究

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙是一种新型抗侧力体系,采用力学性能优良的低屈服点钢作为内填墙板,通过密肋框格抑制钢板面外屈曲。为 系统研究其抗震性能,进行了3榀1/3比例单跨两层半试件的低周往复荷载试验。对比分析各试件在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度和耗能能力,探究 不同节点刚度和框-墙连接方式的影响,考察三者的破坏形态。试验结果表明：密肋框格防屈曲钢板墙具有稳定的承载力和良好的塑性变形能力,结构初始 侧向刚度大,耗能性能优良。防屈曲密肋框格的设置起到类似两边连接的作用,有效改善了内填板的受力特性,试件的滞回曲线饱满,避免出现“捏缩”现 象。结构具有理想的屈服顺序和较为合理的破坏模式。梁柱节点对试件的抗震性能影响较小,降低连接刚度能够提高结构的延性和耗能。最后将各试件承载 力和初始刚度的理论计算值与试验结果进行对比,二者较为吻合。     

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     

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。     

带PEC柱的钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为了解决薄钢板剪力墙结构中框架柱易发生破坏而失效的问题,将强度高、刚度大的PEC柱引入薄钢板剪力墙结构,作为竖向边缘构件形成PEC-SPSW结构,分别对1榀带H形钢柱、2榀带PEC柱的钢板剪力墙结构,进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究。通过分析该结构的承载力、初始刚度、耗能能力、应力分布及破坏模式,得到了带PEC柱的钢板剪力墙结构具有更好的抗侧刚度、承载力和耗能性能。PEC柱构件对薄钢板有更好的锚固约束作用,从而使得薄钢板充分发挥屈曲后强度作用,带PEC柱的钢板剪力墙结构有更好的发展前景。     

水平加劲钢板剪力墙承载性能试验研究

加劲钢板剪力墙结构是一种适合工业化生产的新型抗侧力构件。为考察水平加劲钢板剪力墙的受力性能,分别对两榀1/3水平加劲模型试件进行推覆和低周反复荷载试验,研究水平加劲钢板剪力墙的变形性能,分析结构滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等。研究结果表明:水平加劲钢板剪力墙的抗侧刚度较高、耗能能力好、延性系数大于3、承载力退化缓慢。钢板剪力墙水平加劲肋门槛刚度的确定应基于钢板剪力墙弹塑性分析。     

两边连接钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

对两边连接钢板-混凝土组合剪力墙和两边连接钢板剪力墙进行了拟静力试验,研究了组合剪力墙在反复荷载作用下的力学性能,分析了混凝土板对组合剪力墙承载力和耗能能力的影响。采用有限元软件ANSYS分析了两边连接钢板-混凝土组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢板剪力墙和组合剪力墙均表现出良好的延性;组合剪力墙中混凝土板的存在明显提高了其承载力和耗能能力,有效限制了钢板的平面外屈曲变形;在文中分析的参数范围内,当混凝土板厚度超过一定限值时能有效限制钢板的平面外变形,两边连接钢板 混凝土组合剪力墙的承载力主要与跨高比有关,随着跨高比的增加,组合剪力墙的承载力逐渐提高。     

铝合金板剪力墙抗震性能研究

传统钢板剪力墙的周边框架和内嵌板均采用普通钢材。随着耗能抗震理念的发展,将内嵌板中的普通钢板替换成低屈服点的铝合金板,组成铝合金板剪力墙。采用数值方法研究铝合金板剪力墙在单调荷载作用下的抗剪性能和在低周反复荷载作用下的滞回性能。研究显示:与普通钢板相比,铝合金板更易发生剪切屈曲不先于剪切屈服,对周边框架的要求更低且耗能性能更好。     

不同屈曲约束形式的钢板剪力墙往复剪切性能试验

为研究不同冷弯薄壁型钢屈曲约束形式的钢板剪力墙的往复剪切性能,剥离框架对钢板剪力墙结构抗侧力的贡献,单独对3个不同屈曲约束形式的钢板剪力墙结构试件和1个纯钢板剪力墙结构试件进行了拟静力试验研究,并通过试验与理论分析揭示了不同屈曲约束形式的钢板剪力墙在往复剪切作用下的力学性能与失效机理。结果表明:冷弯薄壁型钢对钢板剪力墙的面外变形具有较好的约束作用,显著提高了钢板剪力墙的耗能能力、延性和承载力; 竖向屈曲约束构造形式对钢板剪力墙的耗能能力提高效果最好,其次是水平约束形式,最差是45°斜向约束形式; 对于带45°斜向约束的试件而言,由于约束形式非轴向对称,其承载力在推、拉方向上表现出明显的差异,即在拉力带垂直于冷弯薄壁型钢约束时,其承载力更高。     

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。     

高承载钢板剪力墙抗震性能试验研究

框架-阻尼框筒是以框架-钢板剪力墙代替框架-核心筒结构中的钢筋混凝土核心筒,通过钢板剪力墙提供阻尼和刚度,形成了新的减震体系。基于该体系在超高层建筑中应用需求,完成了2个足尺钢板剪力墙的低周往复加载试验,对比分析了剪力墙在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度及耗能能力,并与相应有限元结果进行对比。结果表明,所提出的高承载钢板剪力墙具有优良的延性和耗能能力,屈服荷载和极限荷载分别超过3300kN和5500kN,满足相应抗震设计要求。同时,有限元分析结果与试验结果吻合较好,可用于后续钢板剪力墙的优化。     

钢板墙对方钢管柱-H型钢梁边框抗震性能影响的数值模拟

方钢管柱-H型钢梁边框内填钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙.为研究填充钢板墙对钢框架结构的抗震性能和受力性能的影响规律,该文进行了两层单跨方钢管柱-H型钢梁框架结构和内填带竖缝薄钢板框架剪力墙在单调加载和低周反复加载情况下的ANSYS数值模拟分析,研究对比分析了两种框架结构的承载能力、延性、耗能能力、破坏特征以及破坏机理。结果表明,钢板墙使钢框架的承载能力和初始刚度大幅度提高,同时也具有良好的抗震性能和耗能能力。     

Constitutive behavior of low yield point steel LYP160

为了研究低屈服点钢材LYP160的本构行为并提出循环本构模型,进行了此种钢材的循环加载试验,研究其受力性能,包括单调受力性能、滞回性能、破坏模态及耗能能力等。利用Ramberg-Osgood模型,得到材料骨架曲线。采用Chaboche模型,确定了循环本构模型的关键参数,利用此模型预测低屈服点钢板剪力墙结构的滞回行为。结果表明：低屈服点钢材LYP160虽然初始屈服点低,但其抗震性能较好,延性约为普通钢材及高强度钢材的2.3~2.8倍;能量耗散系数在3.6左右,耗能能力明显高于普通钢材和高强度钢材,提高幅度约30%,LYP160钢材具有显著的单调及循环强化性能,具有较高的承载能力,其滞回特性包含了各向同性强化与随动强化两种特征,其中各向同性强化行为具有控制作用,这与普通钢材及高强度钢材有明显的区别。     

半刚接钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构滞回性能研究

对一榀单跨两层半刚接框架-十字加劲钢板剪力墙结构进行水平反复荷载作用下的抗震试验研究,系统分析结构破坏模式和耗能机理,研究节点刚度与加劲墙体的相互影响效果,得到了承载力,延性,刚度和耗能能力等指标。试验结果表明:该种结构具有良好的延性和耗能性能,安全储备高;节点刚度退化小,内填钢板的设置缓解了节点区自身的延性要求,半钢框架和墙板协同工作良好;加劲肋的设置改善了钢板的实际受力,提高墙体的承载力及刚度,减轻了滞回曲线的捏缩现象,减小钢板噪音及震颤。结构破坏模式为加劲肋屈曲,内填钢板以小区格局部屈曲为主,伴随相关屈曲;框架柱脚及梁柱半刚性连接部位形成塑性铰;试件面内呈弯曲破坏模式,研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据。     

钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

本文进行了6个13比例钢板剪力墙的低周反复荷载试验,重点研究了钢板墙极限承载力和滞回性能,为钢板墙结构利用屈曲后强度及抗震设计提供试验依据;本试验揭示了边柱局部屈曲、加劲肋布置形式、加劲板刚度和板高厚比对钢板墙滞回性能的影响。试验结果表明,边柱不出现局部屈曲是钢板墙发挥极限承载力的重要保证;厚板和较强的加劲肋对提高钢板墙滞回曲线的饱满度和滞回环面积是有利的;三种钢板墙以交叉加劲板的承载力和滞回性能最佳,十字加劲板次之,钢板墙结构耗能能力依赖于钢板与边柱的弹塑性变形和钢板面外鼓曲变形。试验曲线与应用弹塑性大挠度有限元法计算的滞回曲线吻合良好;利用屈曲后强度的钢板墙受剪承载力,其试验值与本课题建议公式及有限元值计算结果基本一致。     

Shear‐displacement diagram of steel plate shear walls with precompression from adjacent frame columns

An analytical model of the unstiffened steel plate shear wall (SPSW) considering precompression from the adjacent frame columns is proposed and experimentally verified. First, the distribution and transferring of the gravity loads between boundary columns and the infill steel plate was proposed. Second, the shear‐displacement diagram of the SPSW under compression–shear interaction was obtained, and to further consider the global bending deformation, the shear‐displacement diagram of the SPSW under compression–shear–bending interaction was obtained. Third, the load‐carrying capacities and deformations at the state of elastic buckling of the infill steel plate, the yield of Zones I and III, the yield of Zone II, and the yield of the boundary frame were presented. Finally, cyclic loading test on four scaled one story single bay unstiffened SPSWs under different axial forces at the top of the columns was carried out to verify the proposed analytical model. Shear‐displacement relationship, shear capacity, and envelope curves of the specimens were compared with the predicted values. Results indicate that the proposed analytical model can reasonably predict the decrease of the shear load capacity and stiffness of the SPSWs due to the existence of the axial load at the boundary columns.