屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为改善钢筋混凝土框架结构的抗震性能,将屈曲约束钢板墙作为抗侧力构件和耗能构件,应用于混凝土框架结构形成屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系。通过2个两层单跨缩尺结构模型的拟静力加载试验和有限元模拟,对屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系的滞回性能进行了研究,包括其受力过程、破坏模式、耗能能力、刚度退化和承载力退化等。研究结果表明,屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能,屈曲约束钢板墙不仅能够提高混凝土框架结构的侧移刚度和屈服荷载,还对结构的耗能能力、延性和冗余度等有较大的改善。试验模型的能量耗散系数最大可接近2.0,位移延性系数可达到10.0左右,均比纯钢筋混凝土框架结构有较大提高。基于上述研究结果,提出了屈曲约束钢板墙的滞回模型,与试验结果的对比表明,该滞回模型能够较好地模拟试验模型的受力情况,可用于该类结构的非线性动力弹塑性分析。     

混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的位移限值

将屈曲约束钢板墙作为抗侧力构件和耗能构件应用于钢筋混凝土框架结构,即形成混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构体系。目前对这类结构在水平荷载作用下的位移限值并未进行研究,规范也无相关规定。利用模型试验和数值模拟的方法,对混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的受力性能进行了研究。分析了这种新型混合结构体系的受力过程与受力特点,并给出了弹性和弹塑性层间位移角限值的建议取值。建议混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的弹性层间位移角限值取为1/600,弹塑性层间位移角限值取为1/50。     

内嵌钢板钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究内嵌钢板钢筋混凝土框架结构的抗震性能,采用2层单跨1/3缩尺模型,设计1榀内嵌钢板钢筋混凝土框架试件和1榀钢筋混凝土框架对比试件。通过低周反复加载试验,研究内嵌钢板钢筋混凝土框架试件破坏机理、滞回性能、刚度退化规律、延性以及耗能能力,并与钢筋混凝土框架进行对比。试验结果表明:内嵌钢板钢筋混凝土框架的破坏机制更加合理,变形能力、抗侧刚度和承载力明显增高;在结构屈服前,梁柱无明显裂缝,钢板二层较一层变形发展充分,主应力沿对角线方向;ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合较好。     

空间钢构架混凝土框架结构抗震性能试验研究和设计建议

空间钢构架是由横向和斜向缀条与纵向弦杆焊接而成的承重轻钢结构,将空间钢构架替代普通钢筋混凝土结构中的绑扎钢筋骨架,形成空间钢构架混凝土结构。为研究空间钢构架混凝土框架结构的承载力和变形能力、滞回曲线和骨架线、延性、耗能能力等抗震性能指标及其变形和破坏机制,进行了2榀空间钢构架混凝土框架和1榀普通钢筋混凝土框架试件低周反复荷载的对比试验。试验表明:空间钢构架混凝土框架结构的初始刚度与普通钢筋混凝土框架结构的初始刚度基本相同,在试件屈服后,空间钢构架混凝土框架结构的刚度退化程度要比普通钢筋混凝土框架结构缓慢,其延性要比配筋率相同的普通钢筋混凝土框架结构好。结合试验结果及其分析,给出了空间钢构架混凝土框架结构的抗侧力恢复力模型和设计建议。     

双层钢板组装式框架结构的性能研究

介绍了一种新型抗侧力结构——含薄钢板的双层钢板组装式框架结构。组装式结构建造工期短,质量好且能减少资源浪费。提出在抗侧力结构中,用钢板组装式框架结构替代原核心混凝土墙。双层钢板结构由于具有一定的后屈曲强度,因而韧性和耗能能力较好。进行了双层钢板组装式框架结构的足尺试验。结果表明:在框架结构屈服前,钢板已经屈服,故框架的破坏能得到控制。钢板提高了整个结构的初始侧向刚度,并始终处于弹性阶段,不会产生由剪切引起的局部屈曲。进行刚塑性分析,计算薄板平面内的后屈曲强度,并与试验结果进行比较。基于钢板试验数据,建立双层钢板框架结构的分析模型,并与试验结果进行比较。     

两边连接屈曲约束钢板剪力墙受力机理与等效支撑模型

采用理论分析和有限元方法,针对两边连接屈曲约束钢板剪力墙的受力机理和传力规律进行研究。提出了钢板墙边缘约束区的概念并确定了边缘约束区的宽度,分析了钢板墙的屈服形状、钢板墙内各部分应力流的分布规律和钢板墙与梁连接处的受力特点等。在此基础上提出了两边连接屈曲约束钢板剪力墙等效支撑模型,对不同尺寸、不同层数的框架 屈曲约束钢板剪力墙结构和框架 等效支撑结构在水平荷载作用下的力学性能进行分析,并对两种结构的荷载 位移曲线进行了对比。分析表明,所提出的等效支撑模型在结构刚度和承载力方面具有较好的准确性,无论是单调加载还是反复加载均能准确地模拟两边连接屈曲约束钢板剪力墙结构的受力行为。     

四边连接开洞屈曲约束钢板墙简化分析模型

为简化四边连接开洞屈曲约束钢板墙结构的建模、分析和设计，提出采用等效多斜杆模型作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型。确定了合理的杆件数量、位置和斜杆截面面积分配比例。基于刚度和承载力等效原则给出了斜杆截面面积和等效材料强度的计算公式。利用有限元方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙和等效多斜杆模型进行了分析对比，验证了等效多斜杆模型的准确性。结果表明：提出的等效多斜杆模型不仅能够准确模拟四边连接开洞屈曲约束钢板墙的受力过程，还能较好地模拟开洞屈曲约束钢板墙对边缘构件的传力，结构的初始刚度、屈服承载力、荷载-位移曲线和边缘构件的内力大小与分布均符合较好，可以作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型进行结构分析与设计。     

连接件对钢板混凝土组合墙轴压性能影响试验

为研究连接件形式不同对钢板混凝土组合墙受力和变形性能的影响,进行了4个双钢板混凝土组合墙试件(栓钉和对拉螺栓比例不同)的轴压试验和有限元数值模拟。结果表明：4个试件均为脆性破坏,除试件DSW-12外,破坏过程基本相同,均为外钢板屈服、面外局部屈曲、形成贯通屈曲,混凝土压碎,侧焊缝拉开,试件丧失承载力。钢板首次出现屈服或面外局部屈曲时对试件整体刚度影响不大。对拉螺栓的相对比例对双钢板混凝土组合墙的轴向受压刚度、承载力、钢板的局部屈曲荷载和破坏形态影响不大;但对面外局部变形有抑制作用。相同截面、距厚比试件,采用对拉螺栓的比例越高,破坏时钢板局部屈曲变形越小。     

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。     

高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构抗震性能研究

为研究高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的抗震性能,分别设计了一个10层钢筋混凝土框架结构和屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构模型,进行了地震作用下动力非线性分析。结果表明：屈曲约束钢板墙可显著减小高层钢筋混凝土框架结构在地震作用下的层间位移,同时在罕遇地震作用下框架中塑性铰的数量也有大幅减少,表现出良好的抗震性能。在此基础上,综合规范对框架结构和框架-抗震墙结构抗震等级和柱轴压比限值的规定,并结合屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的受力特点,提出了高层屈曲约束钢板墙-混凝土框架结构的抗震设计建议。建议屈曲约束钢板墙的边缘构件按框架结构确定抗震等级和柱的轴压比限值,其他框架部分根据其承担的地震倾覆力矩比例大小,按框架结构或框架-抗震墙结构确定抗震等级和柱的轴压比限值。     

两边连接X型屈曲约束钢板墙的简化分析模型

为简化带有X型屈曲约束钢板墙的结构体系受力分析,提出用交叉支撑模型来模拟X型屈曲约束钢板墙。当钢板墙高宽比小于1.5时支撑点取在距墙边缘h/10处,当钢板墙高宽比大于等于1.5时支撑点取在距墙边缘b/6处。等效交叉支撑杆件的截面面积和材料强度按与X型屈曲约束钢板墙的初始刚度和屈服承载力相等进行换算。对提出的简化分析模型进行了对比验证,分析结果表明该模型能够准确模拟X型屈曲约束钢板墙及其在框架结构中的受力行为,且不受加载方向和钢板墙高宽比的限制,可以作为两边连接X型屈曲约束钢板墙的等代模型进行结构受力分析。     

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。     

两种密肋框格屈曲约束低屈服点钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过对2榀缩尺比例为1∶3的两种密肋框格屈曲约束构造的低屈服点钢板剪力墙试件进行抗震性能试验研究,对比分析了两榀试件在低周往复荷载作用下的破坏形态、滞回性能、延性、刚度、承载力和耗能性能等,考察了框-墙之间的剪力分配关系,以此为基础检验了周边框架柱刚度阈值公式的有效性,探讨了钢板剪力墙结构的变形模式。研究结果表明:两侧密肋框格屈曲约束构造能够有效地抑制内填钢板的整体屈曲,使其实现"先屈服,再屈曲"的设计目标。两个试件的破坏进程符合"强框架,弱墙板"和"强柱弱梁"的设计理念,最终均呈平面内弯-剪破坏模式。结构的滞回环饱满呈梭形,具有稳定的承载与塑性变形能力,延性好,初始侧向刚度大。外框架与内填钢板之间的剪力分配转换平稳有序,能够组成合理可靠的双重抗侧力体系。给出了框架柱脚最大剪力和抗剪强度的近似计算公式,可以用于竖向边缘构件平面内受剪屈服的校核。提出了一般钢板剪力墙结构受剪承载力和受弯承载力的计算公式,便于工程设计人员进行内填钢板和周边框架规格的初步选择。     

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明：屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。     

新型装配式高强钢筋混凝土框架节点受力性能

对2个装配式高强钢筋混凝土框架节点试件与1个现浇高强钢筋混凝土框架节点试件进行低周往复荷载试验.对比分析节点试件的破坏形态、延性及承载力等抗震性能指标和钢筋应变、连接杆应变等受力性能指标.试验结果表明：各试件节点均为核心区剪切破坏,钢纤维的加入可以有效减小核心区裂缝宽度,有效改善节点核心区破坏形态;装配式节点承载力比现浇节点有显著提高,但装配式节点的延性比现浇节点稍差;装配式节点的核心区箍筋达到屈服强度,连接杆能够充分发挥作用,装配式混凝土节点的受力性能优于整体现浇混凝土节点.运用ABAQUS对各节点试件进行有限元模拟,分析轴压比、钢筋钢板强度等级等因素对装配式高强钢筋混凝土节点受力性能的影响.钢板强度等级对节点受力性能影响较大.有限元分析结果与试验结果吻合良好,建立的模型能够用于模拟装配式混凝土节点的抗震性能.     

屈曲约束支撑方钢管高强混凝土框架力学性能有限元分析

屈曲约束支撑（BRB）与框架结构的连接型式对框架结构体系的抗震性能有较大的影响,为了更深入地研究屈曲约束支撑焊接连接的钢管高强混凝土框架的力学性能,在前期试验研究的基础上,运用ABAQUS软件,按照试验框架进行等比例建模,分析了在轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度比和BRB屈服承载力等参数发生改变时,单层单跨BRB焊接连接框架模型的破坏机制、承载能力等力学性能。分析结果表明：框架柱轴压比的改变对框架的承载力有较大的影响;BRB的屈服承载力是影响框架抗侧刚度和承载能力的主要因素;柱子混凝土强度的增加对框架承载力的提高贡献很小;梁抗弯刚度的增加能小幅度地提高框架的承载能力,梁柱的线刚度比应控制在合理的范围内。因此,在进行BRB焊接连接框架设计时,应充分考虑框架柱轴压比、梁柱线刚度比、混凝土强度、BRB与框架的抗侧刚度比等参数影响。     

Analyses on mechanical performance of innovative composite shear wall systems

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明：组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。     

大宽厚比开缝组合钢板墙低周反复荷载试验研究

针对已有研究中开缝组合钢板墙开缝数量较多,使得墙板的抗侧刚度和承载力大大削弱的现象,对大宽厚比开缝组合钢板墙进行了试验研究。改进措施为采用预制混凝土板增加钢板的角部面外约束以防止墙板的整体屈曲。通过5个试件的反复荷载试验,研究大宽厚比开缝组合钢板墙的破坏模式、屈服承载力、极限承载力、延性、滞回性能以及耗能性能。试验结果表明,预制混凝土板角部设置约束装置可以有效避免试件的整体失稳,并改善大宽厚比开缝钢板墙的滞回性能。对大宽厚比开缝组合钢板墙试件进行的单调荷载和反复荷载作用下的有限元分析结果表明,单调荷载作用下的有限元分析结果明显低估试件的极限承载力,循环荷载作用下的骨架曲线与试验结果吻合较好,大宽厚比开缝组合钢板墙有明显的应变循环强化效应。相应地对大宽厚比开缝组合钢板墙极限承载力公式进行了改进。     

半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能试验研究

为研究半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能和传力机理,通过一榀1∶3比例单跨双层的半刚性框架-预制混凝土板防屈曲钢板墙的低周往复荷载试验研究,研究节点刚度与防屈曲墙体的相互影响效果,获得承载力、刚度、耗能和节点转动能力等指标。试验结果表明:该种结构具有优越的耗能能力,节点刚度退化小,墙板的设置显著降低节点区自身的延性和应力要求,半刚性框架和墙板协同工作良好;防屈曲构件的设置可改善钢板的实际受力,提高墙体的承载力及刚度,有效克服滞回曲线的"捏缩"现象,避免薄板墙的噪音及震颤,半刚性框架承担25%的水平剪力,试件面内呈弯剪破坏模式。研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据。     

交叉型防屈曲钢板剪力墙滞回性能有限元研究

交叉型防屈曲钢板剪力墙是装配式构件中一种新型抗侧力体系。通过有限元软件ABAQUS建立交叉型防屈曲钢板剪力墙的有限元模型进行数值模拟,研究不同参数包括构件长高比、内嵌钢板高厚比、框架柱刚度、初始缝隙对该新型抗侧力构件滞回性能的影响。研究结果表明:所建立有限元模型能较好地模拟交叉型防屈曲钢板剪力墙的抗侧力性能,承载力随着构件长高比、框架柱刚度的增大而增大;随着内嵌钢板高厚比、构件初始缝隙的增大,构件承载力减小。