不同钢—混凝土组合剪力墙抗震性能对比分析

钢—混凝土组合剪力墙中钢板的布置形式是影响其抗震性能的一个主要因素。通过对两组内置钢板混凝土组合剪力墙和内藏钢桁架混凝土组合剪力墙试验的模拟,确定计算模型的建立方法,并选取两片相同含钢率的内置钢板混凝土组合剪力墙和内藏钢桁架混凝土组合剪力墙进行在侧向低周反复荷载作用下的计算分析,对比了两片剪力墙的承载力、刚度及其退化过程、延性、耗能特性及滞回特性。研究结果表明:在相同含钢率的条件下,内藏钢桁架混凝土组合剪力墙与内置钢板混凝土组合剪力墙相比,承载力、延性、耗能能力均有较明显提高。     

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。     

钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构滞回性能研究

钢板剪力墙具有承载力高、延性好、耗能能力强等优点,将抗震性能优越的钢板剪力墙用于钢管混凝土框架中形成钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系。对这种组合结构体系和钢管混凝土框架在滞回荷载作用下的性能进行试验研究,研究结构体系的承载力、延性和耗能能力等指标,分析钢板剪力墙对结构体系的承载力和耗能能力的提高幅度;同时采用有限元软件分析结构体系的性能,有限元计算结果和试验结果吻合较好,验证有限元分析模型的正确性。研究结果表明:钢板剪力墙具有较高的承载力、良好的延性和优越的耗能能力,和钢管混凝土框架具有良好的协同工作性能,钢板剪力墙的存在显著提高结构体系的承载力和耗能能力;在该文分析的结构体系中采用混合杆系模型可以较好模拟钢板剪力墙的滞回性能,结构体系分析模型也为钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系在实际工程中的应用提供参考。     

组合钢板剪力墙受剪性能分析

改进型组合钢板剪力墙(I-CSPW)和防屈曲钢板剪力墙(BR-CSPW)均由边缘框架、钢板和与钢板用螺栓连接的混凝土板构成,但BR-CSPW在混凝土板上预留了比螺杆直径大的孔。进行了两种组合钢板剪力墙的低周反复加载试验,研究了I-CSPW和BR-CSPW在水平往复荷载作用下的破坏模式、承载力、抗侧刚度、耗能能力和延性。利用ABAQUS软件建立有限元模型,通过变化钢板和混凝土板的厚度,考察两种组合剪力墙在水平荷载作用下的承载力、抗侧刚度及混凝土损伤的差异。结果表明,随着钢板厚度增大,I-CSPW的混凝土板损伤发生时间提早,损伤程度增大。相反,钢板厚度的增大却能延迟BR-CSPW的混凝土板破坏。为抑制钢板屈曲,BR-CSPW所需的混凝土板厚度较I-CSPW小。     

Ⅰ形大高宽比屈曲约束钢板剪力墙的试验和理论研究

屈曲约束钢板剪力墙具有刚度大、抗震性能好、适用范围广的优点,大高宽比屈曲约束剪力墙可用于钢结构住宅等剪力墙尺寸受限制的建筑中。提出一种新型大高宽比屈曲约束钢板剪力墙,并对4组这种屈曲约束钢板剪力墙的缩尺模型进行单调加载和循环加载试验,并与一组纯钢板剪力墙进行对比。试验结果证明,预制混凝土板可以有效地对钢板平面外屈曲进行约束,从而大大提高钢板剪力墙的承载力和耗能性能。还通过理论研究,得到这种屈曲约束钢板剪力墙初始刚度和屈服承载力的理论公式。通过试验结果、理论公式以及有限元分析结果的对比,验证理论公式的正确性。     

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。     

基于等效拉杆模型的薄钢板剪力墙结构滞回性能分析

为了系统研究多层薄钢板剪力墙(SPSW)结构的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了在低周往复荷载作用下内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢梁刚度、钢柱刚度、柱中轴力等参数对SPSW结构滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响.结果表明:等效拉杆模型可以较好地模拟薄钢板剪力墙结构的滞回性能,内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢柱刚度对SPSW结构的抗震性能影响较大,钢梁刚度及柱中轴力对SPSW结构的抗震性能影响较小,但柱中轴力较大时,会导致结构过早失效.     

竖向加劲钢板剪力墙试验研究

为研究加劲肋和竖向荷载对钢板剪力墙受力性能的影响,分别对1榀和2榀竖向加劲钢板剪力墙进行推覆和往复试验,其中往复试验中以有限竖向荷载为控制变量。通过考察剪力墙板变形性能以及竖向加劲肋的整体屈曲及局部屈曲,得到试件的推覆曲线和荷载-位移滞回曲线,并基于试验结果分析试件承载力、抗侧刚度和耗能能力等力学性能。结果表明:有限竖向荷载对竖向加劲钢板剪力墙的屈曲荷载、抗侧刚度和耗能性能影响较大,对屈服荷载和极限承载力影响较小;并给出了竖向加劲肋和侧边加劲肋的门槛刚度系数值。     

组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

基于普通混凝土钢板剪力墙的构造形式及受力特点,本文提出了以预制水泥基轻型混凝土板作为钢板两侧保护墙板的新型组合钢板剪力墙。针对预制水泥基轻型混凝土板—钢板组合剪力墙的构造形式、抗侧刚度、抗震性能及破坏特点等方面进行了五个试件的水平推覆试验研究。结果表明,较大宽厚比钢板会产生较大的平面外变形,极限抗剪承载力较低;预制墙板对钢板的抗侧刚度及屈曲荷载都有所提高;钢板的约束形式对结构耗能、钢板屈曲形式及墙板破坏形式有较大的影响。     

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%。     

Cyclic behavior of SPSW and CSPSW in composite frame

Shear wall systems are one of the most commonly used lateral-load resisting systems in high-rise buildings. The composite steel plate shear wall (CSPSW) systems have strong points, such as high bearing capacity, good ductility and energy dissipation capacity, which have been increasingly used as lateral load-resisting system in steel buildings. This paper describes the experimental work related to the tests of steel plate shear wall (SPSW) system and CSPSW system. Two 1/3 scaled specimens were fabricated and tested. The tested shear wall system consisted of concrete-filled circular hollow section (CHS) steel columns, steel beams, and SPSW or CSPSW. The experimental results were summarized and discussed, which showed that both SPSW system and CSPSW system possessed good ductility and energy dissipation capacity. For SPSW system, the primary mechanism for resisting storey shear arising from lateral loads came from the post-buckling inclined tension field that forms for thin-walled steel plate. For CSPSW system, the reinforced-concrete (RC) panels attached on both sides of steel plates were able to ensure the composite action by preventing the overall buckling of steel plate. Compared with SPSW system, the bearing capacity and energy dissipation capacity of CSPSW system increased evidently.     

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。     

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。     

十字加劲肋钢板剪力墙低周反复荷载的试验

过去的几十年中,在世界范围内钢板剪力墙已经作为一种新型的抗侧力体系在高层建筑中得到了应用,已有大量试验针对在水平荷载作用下无加劲肋平面薄钢板剪力墙进行研究。对高厚比约为400,比例为1∶3的两个单层单跨十字加劲肋钢板剪力墙在低周反复荷载作用下的抗震性能进行研究,重点研究了钢板墙抗剪承载力、变形能力、破坏特征、构件延性和耗能能力等受力特性。试验结果表明:试件具有较大的初始刚度,并且具有很好的延性以及耗能性能。可为钢板墙结构利用屈曲后强度及抗震设计提供依据。     

钢框架-防屈曲开斜槽耗能钢板剪力墙装配式结构体系抗震性能分析

防屈曲开斜槽耗能钢板剪力墙(简称开斜槽钢板墙)是一种新提出的抗侧力构件,相比于普通钢板剪力墙,具有多个可调参数、耗能稳定且延性好的优点,并可作为装配式单元,通过组装单元的方式形成装配式剪力墙结构,进一步形成不同的装配式抗侧力体系。本文介绍了钢框架-开斜槽钢板墙装配式结构体系,包括开斜槽钢板墙设计方法,装配式剪力墙结构以及结构体系设计方法,并以20层办公大楼为例进行设计,对结构在小震和大震下的抗震性能进行分析。计算结果表明,开斜槽钢板墙可提供较大的抗侧刚度,能充分发挥耗能作用,保护主体结构安全,符合双重抗侧力体系的原则,该结构体系具有优越的抗震性能。     

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。     

开斜槽钢板剪力墙的滞回性能

为寻求适用于自复位结构且具有显著捏缩滞回特征抗侧力部件,对单向斜槽钢板剪力墙(steel plate shear wall with inclined slots,IS-SPSW)、双向IS-SPSW及传统薄钢板剪力墙(traditional thin steel plate shear wall,TT-SPSW)的滞回性能进行了研究。分析了剪力墙板高厚比、跨高比参数对IS-SPSW滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响,对比了双向IS-SPSW与TT-SPSW滞回性能的差异。分析结果表明,随剪力墙板高厚比的增加,单向IS-SPSW的水平承载力、抗侧刚度、耗能能力呈降低趋势。剪力墙板跨高比对单向IS-SPSW的水平承载力影响较大,对其滞回曲线、抗侧刚度及耗能能力几乎无影响。与TT-SPSW相比,对称布置的双向IS-SPSW具有显著捏缩的滞回特征和较高的水平承载力,非常适合作为自复位结构的主要抗侧力构件,可降低对复位部件用量的需求。     

钢板剪力墙结构设计与施工模拟技术

钢板剪力墙延性好、耗能能力强,是一种新型的高层抗侧力结构体系.钢板剪力墙主要承受水平剪力,不承担竖向压力,需要进行后装连接设计,内嵌墙板与连接板可以采用栓接或焊接.钢板剪力墙的薄弱部位出现在角部,设计中需要采用合理的构造措施避免钢板剪力墙的角部应力集中.钢板剪力墙与现浇混凝土楼板的连接构造需要满足内嵌钢板的后安装要求,同时也不影响现浇混凝土楼板的正常施工.利用不同形式的加劲肋可以延缓内嵌钢板的屈曲,提高钢板剪力墙的极限承载力和延性.对加劲肋的效能进行了分析对比,并结合钢板剪力墙的实际工程进行了不同施工方案的施工模拟,分析了钢管混凝土浇筑时间对钢板剪力墙内力和变形的影响,得到了合理的施工安装顺序.     

Steel–concrete composite shear walls using precast high performance fiber reinforced concrete panels

In this research, seismic performance of composite steel plate shear walls (CSPSWs) using high performance fiber reinforced concrete (HPFRC) panels is experimentally and numerically investigated. Three one‐story one‐bay CSPSW specimens using precast HPFRC panels were designed and fabricated for cyclic quasi‐static experiments. The HPFRC panels of composite shear wall specimens did not have any steel rebars. The main purpose of the study was to understand the effects of rigid and semirigid HPFRC panels on the seismic behavior of the system. Shear capacity, ultimate shear strength, lateral stiffness, energy dissipation, and ductility ratios of the specimens are evaluated. The experimental results demonstrate that specimens were able to resist lateral load up to at least interstory drift of 6%. Using HPFRC panels, CSPSW specimens becomes stiffer in the elastic region, and the yield displacement of the shear wall is decreased; therefore, the ductility ratio of the system is increased. It should be noted that ultimate shear strength, initial elastic stiffness, and energy absorption of specimens with an HPFRC panel on one side or both sides of the infill steel plate were approximately the same. However, using two HPFRC panels is not economical in comparison with CSPSW with an HPFRC panel on one side. Additionally, the second panel increases the seismic mass of the structure.     

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。