Experimental study on seismic behavior of steel column and steel plate RC composite wall coupled structure

钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构体系是由钢板混凝土组合剪力墙及其两侧的钢柱通过钢连梁连接而成。该体系能够拓展“连梁-墙肢”耦合体系的应用范围，两侧钢柱“拉-压”力偶参与承担倾覆力矩，使得单肢墙体亦能获得双重抗震设防机制的保护。为研究钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构体系的双重抗震机制，设计并制作一个耦连比0.45、缩尺比1/4的5层钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构试件，对其进行低周往复加载试验，从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、损伤特征等方面研究了该结构的抗震性能。基于ABAQUS有限元分析软件，对试验进行模拟。试验与分析结果表明：钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构的顶层钢连梁及墙体分别在顶层侧向位移为21、65 mm时达到屈服状态，当顶层侧向位移为102 mm时，墙体底部形成塑性铰耗能，钢柱与钢板混凝土组合剪力墙达到预定的屈服顺序和破坏模式，实现了钢连梁 单肢剪力墙的双重抗震防线，发挥了联肢剪力墙的耦合机制。     

钢板混凝土联肢组合剪力墙结构抗震设计方法及试验研究

钢板混凝土联肢组合剪力墙是一种具有"双重防线机制"的优良抗震结构体系,其理论研究已经滞后于工程实践的发展,传统的基于强度的抗震设计方法难以从抗震耦合机制层面解决连梁和组合墙肢的匹配问题。为此提出以耦连比为基本设计参数,以连梁-墙肢"双重防线机制"为性能目标的钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震设计方法。基于此方法,设计原型结构,并按原型结构底部五层的联肢墙设计制作1∶4缩尺试件,对试件施加往复荷载,考察试件的整体屈服机制。试验结果表明,结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,实现了连梁-墙肢"双重防线机制",验证了该设计方法的合理性。     

Seismic design method and experimental study of composite steel plate-concrete coupled shear wall systems

钢板混凝土联肢组合剪力墙是一种具有“双重防线机制”的优良抗震结构体系,其理论研究已经滞后于工程实践的发展,传统的基于强度的抗震设计方法难以从抗震耦合机制层面解决连梁和组合墙肢的匹配问题。为此提出以耦连比为基本设计参数,以连梁-墙肢“双重防线机制”为性能目标的钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震设计方法。基于此方法,设计原型结构,并按原型结构底部五层的联肢墙设计制作1∶4缩尺试件,对试件施加往复荷载,考察试件的整体屈服机制。试验结果表明,结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,实现了连梁-墙肢“双重防线机制”,验证了该设计方法的合理性。     

设置钢板混凝土连梁的混合联肢剪力墙结构抗震性能控制方法

设置钢板混凝土连梁的混合联肢剪力墙是将传统的钢筋混凝土联肢剪力墙中的混凝土连梁用钢板混凝土(PRC)连梁代替而形成的一种新型结构体系,联肢剪力墙结构抗震性能控制是目前尚未很好解决的问题之一。通过对国内外PRC连梁已有试验数据回归分析,提出了PRC连梁基于不同位移要求的所需配钢特征值计算式。以连续化方法的解析解为基础,以联肢剪力墙合理耦联率、层间位移角限值和PRC连梁的延性需求为约束条件,提出了该混合联肢剪力墙抗震性能控制方法。分析结果表明,设置PRC连梁的混合联肢剪力墙的抗震性能控制,宜根据结构整体位移延性需求及目标耦联率,确定PRC连梁的截面尺寸、剪力需求和内嵌钢板截面尺寸,以实现预期的屈服机制。     

带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙抗震性能试验研究

为了研究带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙结构的抗震性能,对1个1∶4缩尺的5层带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙试件进行了恒定轴压力下的水平低周往复加载试验,分析试件在循环荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等,得到结构的受力特征和破坏机理。研究结果表明:剪力墙墙肢以弯曲破坏为主,钢连梁以剪切破坏为主;滞回曲线无明显的捏缩效应;试件的承载力略高于理论承载力;平均延性系数为2.39,破坏时的位移角介于1.88%～1.94%之间;结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,能够明显改善带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙的抗震性能,实现了连梁-墙肢双重设防机制。     

联肢弯剪型钢板剪力墙抗震性能试验研究

联肢钢板剪力墙结构是将2片钢板剪力墙通过钢连梁连接形成的抗侧力结构。通过对1榀1/3缩尺的4层联肢弯剪型钢板剪力墙试件进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力及刚度退化、耗能能力等方面研究了该结构体系的抗震性能,并且对试件的屈服顺序和变形模式进行了分析。结果表明：联肢钢板剪力墙试件的延性系数达到5.03,承载力退化系数均大于0.96,承载力和刚度退化稳定,等效黏滞阻尼系数达到0.25以上,表明联肢弯剪型钢板剪力墙具有优越的抗震性能。加载过程中,连梁先于墙板发生屈服,墙板先屈曲后屈服,此后柱脚和横梁相继屈服。连梁的引入改变了结构的屈服机制,提高了整体的延性和耗能能力,能够组成多道抗震防线,且试件整体最终也体现出合理的破坏机制。整体侧移曲线呈弯剪变形模式。该试验研究更加贴合实际工程中联肢钢板剪力墙结构的应用情况,为联肢钢板剪力墙结构的进一步研究和应用提供了试验基础。     

联肢钢-混凝土组合剪力墙端板螺栓式钢连梁抗震性能研究

我国高层建筑已经进入广泛应用钢-混凝土组合剪力墙的阶段。由钢-混凝土组合墙肢耦合而成的联肢组合墙中,由于钢构件预埋于墙肢边缘区域,给传统连梁的应用带来了困难。为了开发出适用于联肢钢-混组合剪力墙的连梁形式,将钢结构中常用的端板螺栓连接构造引入,利用其构造简单、易于施工且抗震性能良好的优点,连接钢连梁与组合剪力墙。以连梁长细比为主要参数,设计并制作5个采用端板螺栓连接的双肢组合剪力墙试件和1个传统直插式的小比例双肢钢筋混凝土剪力墙试件,进行低周往复拟静力加载试验,以考察端板螺栓连接钢连梁的受力特征、滞回性能、刚度与强度退化特征以及破坏模式。利用有限元分析方法对试验过程进行数值模拟并与试验结果对比。结果表明,端板螺栓连接钢连梁能够达到较高的延性水平和较大的耗能能力,刚度、强度退化不明显。试验加载过程的剪力-侧向位移骨架曲线与有限元分析结果吻合较好。     

半刚性部分组合框架-钢板剪力墙抗震性能试验研究

在钢框架-钢板剪力墙结构体系中,以部分填充混凝土型钢柱替代纯钢柱,形成半刚性部分组合框架-钢板剪力墙体系,为研究其抗震性能,通过一榀缩尺比为1∶3的单跨3层半刚性部分组合框架-钢板剪力墙的拟静力试验研究,并与已有的半刚性钢框架-钢板剪力墙试验做对比,分析了二者承载力、滞回性能、柱变形和破坏模式等方面的差异,同时采用理论对比分析了钢柱和考虑横向系杆作用的部分填充混凝土型钢柱局部屈曲承载力差异,以及横向系杆和部分填充混凝土对钢柱及双重抗侧力体系的作用效应。研究结果表明,该双重抗侧力体系协同工作性能良好,滞回性能稳定,整体位移延性系数可达3.42。以部分填充混凝土型钢替代纯钢柱,抑制了框架柱的局部屈曲和平面外的整体失稳,为内嵌钢板提供了足够的锚固刚度,从而充分发挥了钢板剪力墙的承载能力、延性和耗能能力。相较于纯钢柱框架-剪力墙体系,部分组合框架-剪力墙结构整体位移提高58.6%,一层柱的整体内凹变形角降低40.9%,实现了钢板剪力墙平面内的合理破坏模式,形成了"强框架,弱墙板"、"强柱弱梁"的钢板剪力墙体系。     

美国组合联肢剪力墙抗震设计方法探讨

基于美国加州建筑规范及其引用的相关设计规程和ASCE组合结构委员会的建议,介绍了由钢筋混凝土剪力墙与钢连梁组合而成的组合联肢剪力墙的抗震设计方法。该方法包括：基于中震的水平地震作用计算、合理耦连比的选择、中震及大震水平作用下钢连梁与剪力墙的抗震性能目标、基于先钢连梁屈服后剪力墙屈服的预定屈服机制的构件设计与验算等。据此,建议我国组合联肢剪力墙的第一阶段抗震设计应基于中震水平而不是小震水平。建议方法可供完善我国组合联肢剪力墙结构抗震设计参考。     

可替换连梁连接的双钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究可替换连梁连接的内填混凝土双钢板混凝土联肢组合剪力墙结构的抗震性能,进行了2层半单跨1∶3缩尺试件的低周反复加载试验。试验中对连梁进行了2次替换,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化以及耗能能力。试验结果表明:水平荷载作用下,双钢板混凝土联肢组合剪力墙的可替换连梁首先进入塑性耗能,连梁替换后结构的抗震性能基本恢复到连梁替换前的性能水平;连梁端板没有出现变形,连梁拆卸和安装方便;设计中钢柱柱脚截面可适当加大,需合理设计柱脚部位的焊缝和连接构造,避免应力集中;可替换连梁连接的组合剪力墙结构的滞回曲线比较饱满,抗震性能较好;连梁替换前后结构的骨架曲线相差很小,其抗侧刚度基本一致;结构进入塑性后,试件的承载能力降低很小;在同水平荷载作用下,连梁的剪应力最大,边柱柱脚的正应力较大,中柱、钢梁及剪力墙钢板的应力较小。     

Seismic behavior of coupled shear wall structures with various concrete and steel coupling beams

A novel 2‐level yielding steel coupling beam (TYSCB) has been developed to enhance the seismic performance of coupled shear wall systems. The TYSCB consists of a shear‐yielding beam designed to yield first under minor earthquakes and a bend‐yielding beam designed to yield under severe earthquakes. A comparison of seismic behavior of 4 20‐storey coupled shear wall structures with reinforced concrete coupling beams, complete steel coupling beams, fuse steel coupling beams, and TYSCB is presented. The dimensions and force‐displacement curves of these coupling beams are first designed. Nonlinear dynamic analyses on these structures are carried out under minor and severe earthquakes. The seismic behavior of these models is studied by comparing their storey shear forces, storey drift ratios and ductility demands. The results show that the base shear and storey drift of the structure with TYSCB under both minor and severe earthquakes are less than those of structures with concrete coupling beams and complete steel coupling beams. Furthermore, the ductility demand of coupled shear walls with TYSCB subjected to severe earthquakes can be greatly released compared with those using fuse steel coupling beams. This indicates that the proposed TYSCB has a better balance between ductility demand and energy dissipation, compared to traditional steel coupling beams.     

冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构的抗震性能,对冷弯薄壁型钢边柱内置薄钢板剪力墙进行低周往复加载试验,对比不同边柱截面厚度及截面形式对其抗震性能的影响。试验中得到了冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、荷载及位移特征值,并对结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载力及刚度退化进行分析。结果表明:冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;增加边柱截面厚度及选用帽形边柱均可提高剪力墙的承载力、刚度及耗能性能。计算3个试件受剪承载力设计值和弹性抗侧刚度,其值均高于常用冷弯薄壁组合墙体的;结合破坏特征提出冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙3个受力阶段;边柱对剪力墙破坏起控制因素,工程设计中应保证边柱承载能力,宜采用"强边柱、弱钢板"的设计理念。     

混合联肢部分外包组合剪力墙抗震性能试验研究

为满足高层建筑对抗震性能及装配性能的要求,提出一种混合联肢部分外包组合剪力墙结构.通过对一榀三层对称双肢2/3缩尺试件的低周反复加载试验,观测混合联肢部分外包组合剪力墙结构在循环荷载作用下的破坏全过程,分析试件的滞回性能、承载力、延性、刚度退化、耗能能力及连梁转动能力.研究表明:混合联肢部分外包组合剪力墙结构的滞回曲线...     

联肢钢板-混凝土组合剪力墙性能化设计方法及静力弹塑性分析

为代替传统的钢筋混凝土剪力墙,充分发挥组合剪力墙结构体系的良好抗震性能,使其易于满足9度抗震设防的设计要求,同时控制墙肢的厚度,以便获取更大的建筑使用面积,钢板-混凝土组合剪力墙被设计应用于9度区高层建筑结构中.根据LEELATAVIWAT等提出的塑性设计方法,并结合对应的内力调整措施,对基于能量平衡的组合联肢剪力墙结...     

不同连梁节点构造的联肢钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究不同连梁节点构造时联肢钢板剪力墙结构的抗震性能,制作了3个缩尺比例为1∶3的联肢钢板剪力墙试件。试件中连梁与柱的连接分别采用隔板贯通式焊接节点、穿芯螺栓节点和悬臂梁段-端板节点,竖向边缘构件采用方钢管混凝土柱。对3个试件进行了拟静力试验,得到了联肢钢板剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等指标,分析了结构的延性、耗能能力、承载力及刚度退化等性能。结果表明,各试件位移延性系数均大于5.37,等效黏滞阻尼系数均大于0.211,刚度和承载力退化稳定,承载力退化系数均大于0.91。连梁节点的差异导致各试件的屈服顺序均不相同,采用穿芯螺栓连梁节点的试件,连梁先发生剪切屈服,耗能能力最优;采用悬臂梁段-端板连梁节点的试件,连梁与剪力墙板几乎同时屈服,耗能能力次之;采用焊接连梁节点的试件,连梁因节点焊缝断裂而破坏,试件初始刚度较高,承载力与耗能能力低于其他试件。总体上,各试件的剪力墙板与连梁均发生了较严重的破坏,实现了多道抗震设防的设计目标。     

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     

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。