外包钢板混凝土组合剪力墙核心筒在千米级摩天大楼中应用与研究

外包钢板混凝土组合剪力墙是在混凝土剪力墙的外部外包钢板,沿墙长方向设置加劲肋板或隔板,形成多个腔体,在腔体内浇筑混凝土,并采用栓钉、加劲肋、隔板等次要构件来加强混凝土与外包钢板的黏接,防止钢板平面外屈曲。以1 180 m高的中国建筑千米级摩天大楼为载体,研究外包钢板混凝土组合剪力墙的构造特点、在设计软件中简化措施、设计方法,并进行了试验研究。研究表明,外包钢板混凝土组合剪力墙强度高、延性好、施工简单等特点,具有良好的抗震性能。     

足尺带缝钢板剪力墙低周往复加载试验研究Ⅱ

针对带缝钢板剪力墙试验中出现的"角部失稳"和"螺栓滑移"等问题,对两个试件在加劲措施及螺栓布局上进行了改进,将钢板剪力墙两侧的加劲钢管通高设置,增加边部螺栓布置密度,同时还增加了与应用有关的新研究内容包括"中部栓接、上下端焊接"和"上栓下焊"的连接方式以及与楼板浇筑混凝土相协调的构造措施等。对这两个试件的低周往复加载试验结果表明:改进措施有效地克服了试件的"边角失稳"和"螺栓滑移",从而使试件表现出了更好的延性及耗能能力;"中部栓接、上下端焊接"和"上栓下焊"的连接方式以及与楼板浇筑混凝土相协调的构造措施是可行的。在细致分析试件延性及耗能性能基础上,建议将带缝钢板剪力墙的功能定位为类似阻尼器的耗能元件。     

密肋槽钢修复薄钢板剪力墙抗震性能研究

薄钢板剪力墙的屈曲荷载低,在地震作用下会产生较大残余变形,影响二次抗震性能。为此提出锚固密肋槽钢的方法修复震后损伤钢板剪力墙,根据附加肋板的受力模型,推导了修复内嵌钢板所需肋条间距限值公式。为研究该公式的合理性及修复后结构的抗震性能,对一榀单跨双层薄钢板剪力墙施加了两阶段低周往复荷载,即第Ⅰ阶段加载至1/130位移角,以达到在该加载步模拟地震损伤的目的,之后安装密肋槽钢修复内嵌钢板;第Ⅱ阶段将修复加固后结构加载至破坏,研究其抗震性能变化。结果表明:加劲肋具有足够刚度,可以有效抑制内嵌钢板残余变形;修复后结构破坏模式合理,滞回曲线饱满,附加肋板可以有效提高其耗能能力;结构刚度及延性较高,刚度相较原结构提升14%,位移延性系数达到3. 12,具有良好的变形能力。     

热轧钢板组合楼板在CCTV主楼工程中的应用

针对热轧钢板组合楼板的结构特点,以CCTV主楼悬臂组合楼板实际工程应用为例,阐述了热轧钢板组合楼板的设计、钢板加劲板设置、钢板拼焊和与构件连接构造、组合楼板加工和安装、楼板混凝土浇筑及钢板底面涂装施工等内容.结果表明热轧钢板组合楼板性能良好,满足相关规范要求.     

密肋槽钢修复薄钢板剪力墙抗震性能研究

薄钢板剪力墙的屈曲荷载低,在地震作用下会产生较大残余变形,影响二次抗震性能。为此提出锚固密肋槽钢的方法修复震后损伤钢板剪力墙,根据附加肋板的受力模型,推导了修复内嵌钢板所需肋条间距限值公式。为研究该公式的合理性及修复后结构的抗震性能,对一榀单跨双层薄钢板剪力墙施加了两阶段低周往复荷载,即第Ⅰ阶段加载至1/130位移角,以达到在该加载步模拟地震损伤的目的,之后安装密肋槽钢修复内嵌钢板;第Ⅱ阶段将修复加固后结构加载至破坏,研究其抗震性能变化。结果表明:加劲肋具有足够刚度,可以有效抑制内嵌钢板残余变形;修复后结构破坏模式合理,滞回曲线饱满,附加肋板可以有效提高其耗能能力;结构刚度及延性较高,刚度相较原结构提升14%,位移延性系数达到3.12,具有良好的变形能力。     

新型装配式钢筋混凝土剪力墙连接节点受力性能研究

为了解决装配式钢筋混凝土剪力墙水平接缝连接之间存在的破坏集中、安装困难且不经济的问题,提出利用螺栓钢板接缝连接节点的方法。通过对两种不同类型的螺栓钢板接缝连接节点的低周反复试验,得到该连接节点的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度、耗能能力等受力性能。试验结果表明,装配式剪力墙螺栓钢板接缝节点具有良好的变形能力和耗能能力。接缝钢板上未加加劲肋的试件可以达到较好的延性和较轻的裂缝破坏形式;而接缝钢板上增加加劲肋会使接缝处钢板的变形和应力较小,反而导致剪力墙墙体的破坏较严重。     

设置加劲肋的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究设置加劲肋的双层钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对5个试验轴压比为0.4的模型试件进行了恒轴力下的拟静力试验。通过改变加劲肋、中部钢管混凝土暗柱的布置形式,研究该组合剪力墙在水平反复荷载作用下的破坏机理、滞回性能、变形能力以及耗能能力。试验结果表明：试件破坏时底部墙体钢板均发生了屈曲,呈现典型的压弯破坏特征;试件具有良好的延性和耗能能力;在双层钢板-混凝土组合剪力墙中仅设置纵向加劲肋对承载力提高不明显,仅设置横向加劲肋可以略提高试件的承载力,而双向加劲肋的设置将较明显提高试件的承载力;在双层钢板-混凝土组合剪力墙中部增设钢管混凝土暗柱可以较为明显地改善试件的承载力与延性。     

波形钢板剪力墙滞回性能有限元分析

高耗能钢板剪力墙,其竖向设置梯形波形钢板作为剪力墙的腹板,在主要承载水平力的同时可以承载竖向荷载,两侧边缘构件为矩形钢管混凝土柱,波形板沿高度设置水平加劲肋。利用有限元软件ABAQUS对其进行推覆及滞回性能研究。研究结果表明加劲波形钢板剪力墙具有较大的抗侧弹性刚度,优良的延性性能、抗侧力性能和滞回性能。分析加劲肋刚度及数量、波形钢板屈服强度及厚度等不同参数的影响规律,为波形钢板剪力墙提供设计依据。     

考虑竖向荷载的外包装饰层钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究实际钢结构住宅项目中钢板剪力墙最真实的抗震性能和外包装饰层的变形能力,设计了4榀足尺钢管混凝土框架-竖向加劲钢板剪力墙试验构件,对受竖向荷载作用下的钢板剪力墙试件进行了拟静力试验,对比研究了外包装饰层、竖向加劲肋布置方式对钢板剪力墙结构抗震性能的影响。研究结果表明：在竖向荷载和水平往复荷载共同作用下,钢板剪力墙试件仍具有较高的承载力,优良的耗能性能和延性。钢板剪力墙外包的砌体装饰层可提高钢板剪力墙在地震作用下的初始刚度与耗能能力,但会加快试件达到峰值荷载后承载力的退化,而对钢板剪力墙构件的峰值荷载、延性系数以及刚度退化并无显著影响。竖向加劲肋等距布置的钢板剪力墙峰值承载力略高于不等距布置的试件,而两种加劲肋布置方式对试件其他方面的性能影响较小。在试验和已有文献的基础上,提出了应用于该类贴砌式外包装饰层钢板剪力墙在地震作用下的有害位移角分级方法。     

无粘结十字加劲钢板剪力墙结构抗剪性能分析

十字加劲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧力耗能构件,但加劲构件与内嵌钢板无粘结时,其对内嵌钢板的作用尚需进一步研究。利用有限元分析软件ABAQUS,对单层单跨无粘结十字加劲钢板剪力墙结构的抗剪性能进行数值模拟,分析在水平荷载作用下,构件的受力破坏特征及抗剪性能。研究表明,无粘结十字加劲钢板剪力墙结构具有良好的延性及抗剪性能,内嵌钢板能承担更多的剪力,对周边框架不利作用的降低幅度与传统十字加劲钢板剪力墙基本相同。参数分析结果表明:框架柱轴压比、墙体高厚比和肋板刚度比是影响钢板剪力墙抗剪性能的主要因素。     

半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙抗震性能研究

在半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙体系中,半刚性框架和内填钢板均具有很好的延性和耗能性能,两者协同工作进行抗侧以防止结构在地震作用下破坏。为深入研究半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙的力学性能,采用ANSYS有限元分析软件对结构进行数值分析,并考察框架节点形式,内填钢板高宽比、高厚比,柱轴压比和肋板刚度比等一系列参数对结构滞回性能的影响。根据内填钢板中心点在循环荷载作用下的面外变形,研究半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙的屈曲性能和受力机理。     

三类钢板剪力墙结构试验研究

防屈曲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧耗能构件,但墙板嵌入受弯框架时,二者之间的相互作用尚需进一步研究。为此进行了两层单跨钢框架内嵌防屈曲钢板剪力墙的试验研究,作为比较同时进行了两层单跨钢框架内嵌非加劲钢板剪力墙与两层单跨钢框架内嵌组合钢板剪力墙结构的试验研究。在试验的基础上,对试件进行有限元分析,比较了三类钢板剪力墙之间的性能差异。研究表明,防屈曲钢板剪力墙能够消除无加劲钢板剪力墙在水平荷载下产生的巨大屈曲噪声,具有较大的初始刚度与承载力,拥有良好的延性与滞回耗能性能,而且由于其屈服先于屈曲发生,对周边框架产生的附加弯矩很小;组合钢板剪力墙的性能与防屈曲钢板剪力墙相似,但由于后期外包的混凝土发生脱离,内嵌钢板剪力墙会产生拉力带,不仅对框架产生不利影响,而且自身承载力、刚度与耗能能力均有不同程度的退化。图32表1参12     

The wall–frame and the steel–concrete interactions in composite shear walls

The nonlinear pushover analyses of 24 composite steel plate shear walls (CSPSWs), 24 corresponding steel plate shear walls (SPSWs), and 24 corresponding frames are conducted. CSPSWs have different aspect ratios and infill steel plate thicknesses. The study aims to understand the wall–frame and steel–concrete interactions. The infill steel plate thickness and aspect ratio of CSPSW are the main parameters of the study. In CSPSWs, the percentage of absorbed shear forces by the infill composite wall is always greater than the infill plate of its corresponding SPSW. The percentage of shear in the composite wall is constant at the initial stage of loading up to a drift of 0.15–0.2%. By increasing the drift, the shear yielding of steel plate leads to a reduction of the shear force absorption. The reduction continues until the bulk of shear stiffness of CSPSW is provided by the frame. At the beginning of lateral loading, steel–concrete interactions increase until shear yield of steel plate. Following this stage, a sudden decrease takes place in shear force absorption of reinforced concrete (RC) panel. The reason is that, at the lower drifts, the steel plate has a tendency for elastic buckling, which is prevented by the RC panel. Finally, the shear force absorption remains approximately constant in the RC panel.     

Experimental Study of Composite Steel Plate Shear Wall with Flush End-Plate Connection

This paper presents an investigation on the structural performance of steel plate shear wall (SPSW) with flush end-plate beam–column connections and infill precast reinforced concrete (precast RC) panels. Two single-span two-story SPSW specimens, including unstiffened SPSW (NBRP) and precast RC panel restrained SPSW (Con-BRP), are first tested, followed with a parametric study by finite element method. Precast RC cover panels are installed on both sides of the infill steel plate and are disconnected from steel frame. Test results indicate that the use of precast RC cover panels increases the load carrying and energy dissipation capacities of the SPSW structure, but decreases its ductility. It is also effective in reducing the inward flexural deformation of columns. Moreover, the stiffening effect of the infill steel plate on the beam–column connections remains, which is a result of the precast RC cover panel’s resistance to the local buckling and the tears of the infill steel plates. The influence of the gap size between the precast RC cover plate and frame members on the failure mode of the specimen Con-BRP is also investigated, based on which a maximum gap size is recommended. Conclusions are drawn that SPSW structure with flush end-plate beam–column connections and precast RC cover panels fully exploits the strength of infill steel plates and exhibits excellent structural performance.     

横置蜂窝形截面钢板剪力墙的弹性屈曲分析

在当代高层建筑中,作为抗侧力体系的钢板剪力墙的应用越来越多。由于平钢板剪力墙结构平面外的稳定性很差,通过将两个折板组合形成横置蜂窝形截面钢板剪力墙来改善薄钢板剪力墙的稳定性,使墙板、柱的受力合理、传力明确。分析表明:失稳前,该种截面形式的钢板剪力墙能充分发挥钢材的强度和延性。     

天津津塔结构设计

天津津塔是一栋高336.9m的钢结构超高层建筑,主要抗侧力体系采用"钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧力体系"组成。薄钢板剪力墙结构作为一种新的结构体系,充分利用薄钢板的拉力场效应,具有较大的弹性初始刚度、大变形能力和良好的塑性性能、稳定的滞回特性等优点。国内还没有类似工程的先例。基于大量的理论研究和试验研究相结合的研究成果,津塔结构设计解决了不同施工工况下钢板剪力墙设计,根据大震下柱脚拉压力设计双底板柱脚、钢管混凝土柱设计规范选择比较和弹塑性分析等技术难点。     

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。     

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。     

钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为改进钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,将耳板引入钢框剪与内填墙的连接中。通过2个两层单跨缩尺比为1∶3的钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙模型试件的拟静力试验研究,考察了耳板连接的可靠性和内填墙裂缝的开展与结构变形能力,分析了结构的破坏机理、滞回性能、刚度退化、变形及延性和耗能能力等。试验结果表明：抗剪连接件(U形筋)在梁柱节点上下耳板的连接处未发生破坏,耳板连接具有可靠的工作性能;钢框架带竖缝剪力墙结构具有良好的延性,平均位移延性系数大于3;内填墙的承载力由竖缝根部的剪切破坏控制。     

防屈曲钢板剪力墙滞回性能理论与试验研究

提出了一种新型的防屈曲钢板墙用作高层建筑的抗侧力构件。从理论与试验两个方面对防屈曲钢板墙的滞回性能进行研究。其中理论分析主要考察两个不同高厚比的防屈曲钢板墙(Ⅱ型)与普通钢板墙滞回性能的差异;试验研究则主要针对两种高厚比共计7个不同的试件,考察防屈曲钢板墙(Ⅰ型和Ⅱ型)、组合钢板墙以及普通钢板墙在往复荷载作用下的极限承载力性能、滞回特性、延性以及破坏特征等。通过对比分析,揭示不同类型钢板墙的受力机理与特点,对四种不同类型钢板墙的直观表现与受力性能进行总结与评价。