核电工程双钢板混凝土组合剪力墙面内受弯性能研究

开展了核电厂屏蔽厂房双钢板混凝土组合剪力墙的结构形式的10个缩尺试件低周往复拟静力试验,研究了钢板厚度、栓钉间距、竖向荷载以及加劲肋设置等因素对双钢板混凝土组合剪力墙受弯承载力的影响。分析结果表明:钢板厚度、竖向荷载和加劲肋的设置都对剪力墙的受弯承载力有很大的影响,而栓钉间距对其影响不大。采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙试件进行了数值模拟,通过比较有限元计算结果和试验结果发现两者在受弯承载力上能够较好吻合,但有限元计算得出的曲线没有明显的下降段。结合试验和有限元数值模拟,提出了双钢板混凝土组合剪力墙受弯承载力的计算公式。研究为以后双钢板混凝土组合剪力墙的设计应用提供理论依据。     

钢板-混凝土组合板抗剪承载性能的试验研究与数值分析

主要通过试验研究与数值模拟,分析钢板-混凝土组合板在受剪状态下的承载力、变形、裂缝发展情况以及钢板与混凝土参与抗剪程度等。进行了3块钢板-混凝土组合板试件和1块无钢板混凝土试件的抗剪承载力试验。结果表明:钢板-混凝土组合板试件的剪切破坏形式主要是斜拉破坏;钢板承担了约50%以上总剪力,由于钢板的协同作用,混凝土承担的剪力与按照规范计算的混凝土抗剪承载力相比有较大幅度的提高;随着栓钉间距的增大,构件的抗剪承载力减小。基于修正压力场理论对ABAQUS进行了材料层面的二次开发,建立了适合钢板-混凝土组合板抗剪分析的数值仿真模型,模拟结果与试验结果吻合较好。     

钢板混凝土组合墙轴压受力性能有限元分析

为了研究核电工程中钢板混凝土组合墙的承载能力以及设计参数对承载力的影响,以4个核电工程中钢板混凝土组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立钢板混凝土组合墙的有限元模型,模型中混凝土、钢板和栓钉均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性和钢板焊接残余应力等。研究了栓钉的受力机理,模拟了试件中钢板的屈曲变形,分析不同参数如钢板与混凝土的强度、距厚比和含钢量对承载力的影响。分析结果表明:有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,栓钉在受力过程中始终处于弹性受力状态,混凝土强度对承载力影响最大,距厚比对钢板的屈曲影响较大,较小的距厚比能保证钢板与混凝土协同工作。     

高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究

该文完成了2个四层1:4缩尺高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙低周反复加载试验,详细分析了该剪力墙结构的承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等,并与高阻尼混凝土带混合暗支撑双肢剪力墙进行了对比分析。利用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行了模拟,并分析了双肢剪力墙相对含钢率对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙承载力的影响。结果表明:与高阻尼混凝土带混合暗支撑相比,带钢板暗支撑的高阻尼混凝土双肢剪力极限承载力和耗能能力均有一定程度的提高,剪力墙连梁剪跨比越小,高阻尼混凝土剪力墙的抗震性能越好,当墙肢及连梁含钢率分别在2.5%和3%以下时,墙肢及连梁含钢率对双肢剪力墙的极限承载力有较大影响。     

带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能试验

提出一种带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行5个1:4模型试件的拟静力试验,研究该形式组合剪力墙在不同轴压比、剪跨比下的破坏形式、滞回性能、变形能力以及耗能能力。试验结果表明:带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,5个试件的屈服位移角平均值为1/114,极限位移角平均值为1/48;增大轴压比可提高试件的承载力,但其抗震性能有所降低;减小剪跨比,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,其抗震性能变化不明显。采用有限元软件ABAQUS建立该形式双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析,其计算结果与试验吻合良好。     

剪力墙的型式、设计理论研究进展

该文回顾了近几十年来剪力墙在材料和截面型式上的发展历程。由于剪力墙体系在承载性能、抗震性能以及建筑布局上的优势，其已经越来越多地被应用到多高层建筑和住宅结构中。剪力墙经历了钢筋混凝土、纯钢、钢-混凝土组合的发展历程。随着材料和截面型式的不断更新，剪力墙逐步体现出高性能、装配化的发展方向，符合目前中国住宅建筑的发展需求。该文着重介绍了多种型式的波形钢板剪力墙的受力机理、设计理论研究过程及其在单调荷载作用和水平往复荷载作用下的试验研究成果，并阐述了波形钢板混凝土组合墙的受力机理和装配化加工过程，说明了针对波形钢板混凝土组合墙的截面强度承载力、整体稳定承载力、墙肢稳定承载力和抗震性能等问题的研究过程、试验结果以及设计理论，给出了部分关键设计公式。该文还介绍了《波形钢板组合结构技术规程》的适用范围和编制内容，也简要说明了波形钢板混凝土组合墙-钢管混凝土异形截面柱框架结构体系中异形柱的设计方法。     

多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究

对竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙开展拟静力试验,对比分析各试件破坏特征、滞回性能、耗能能力、刚度退化及位移延性,采用ABAQUS软件建立数值模型并针对不同拼缝宽度、螺栓距厚比和混凝土板厚度的竖向拼装组合钢板剪力墙进行了参数影响研究。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低其耗能能力和抗侧刚度,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙是一种抗震性能更为优越的抗侧力构件,竖向拼装组合钢板剪力墙的耗能能力是横向拼装组合钢板剪力墙的1.3倍,且竖向拼装组合钢板剪力墙刚度退化相对缓慢;为保证组合钢板剪力墙具有较好的抗侧能力,螺栓距厚比为100和125时,其拼缝宽度分别不宜大于48 mm和72 mm;混凝土板约束刚度足够情况下,螺栓距厚比不宜大于125。     

多腔钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能研究

为研究高层或超高层大楼中拟采用的多腔钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对其进行拟静力试验及有限元模拟,分析了腔数对该类组合剪力墙的破坏模式、承载力、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化及耗能能力的影响。试验现象表明试件的破坏模式均为上部混凝土压碎、角部钢板屈曲。通过分析试验结果发现,该种类形式的组合剪力墙在较高轴压力作用下仍具有良好的水平变形能力和较强的耗能能力,3个试件的极限位移角平均值为1/61,且单腔长宽比的减小会降低试件的承载力、增加试件延性。通过有限元软件建立的该类组合剪力墙模型证明该计算结果与试验值吻合良好,同时发现当单腔长宽比减小到1.94时,组合剪力墙的极限承载力基本不变。     

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架的性能参量及计算方法

钢框架延性好,但抗侧承载力和刚度较小,一般可加设钢板墙等抗侧力构件来达到结构的抗侧需求。屈曲约束钢板剪力墙是一种新型抗侧力构件,通过面外约束板的限制,钢板墙在剪力下不会发生屈曲破坏,因此其抗侧刚度、承载力和延性均较大。屈曲约束钢板剪力墙钢框架不但大大提高了原框架的刚度和承载力,同时还具备良好的延性。考虑到加设钢板墙后,框架梁的抗剪刚度与承载力可能不足,该文选取研究的屈曲约束钢板墙除了上下端与框架梁连接外,部分还与框架柱连接。对于这种新型内嵌屈曲约束钢板墙钢框架,该文从理论上详细推导了结构的抗侧刚度、屈服承载力等力学性能参量计算方法,得到了相应的理论公式。通过相关文献的试验数据对比,发现理论计算值与试验值很接近。     

钢管束组合剪力墙变形性能研究及有限元分析

提出一种新型钢板剪力墙结构-钢管束组合剪力墙。对7组钢管束组合剪力墙在往复荷载作用下的性能进行试验研究,分析其滞回曲线及骨架曲线,并对墙体变形能力及钢板应变性能进行了分析,研究墙体在不同阶段破坏形态。同时以该试验为基础,采用ABAQUS有限元软件分析钢管束组合剪力墙的力学性能。研究结果表明,钢管束组合剪力墙具有较高的承载力和良好的抗震性能,滞回曲线饱满。对不同钢管束截面,钢板厚度,剪跨比以及是否布置栓钉等参数进行了分析,对比其受力模式。通过试验现象、应力应变分析及有限元分析可以看出,试件最终破坏多为墙体下部出现钢板受压屈曲或受拉撕裂及混凝土压溃。     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙墙板受力性能研究

提出一种由自复位耗能支撑和两边梁连接墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙,对其构造及滞回性能进行介绍。建立有效的有限元分析模型,对两边梁连接墙板在往复荷载作用下的受力性能、受压承载力及墙板对整体滞回的影响进行研究。结果表明,墙板滞回曲线存在捏缩现象,且墙板内产生的屈曲半波越多,捏缩越严重。墙板的平面外变形随宽高比的增大而增大,随高厚比的增大而减小,且受宽高比影响更大,在侧向力作用下,墙板内形成局部拉力带。建立了用于计算墙板内受压应力和受压承载力的公式,当支撑水平剩余恢复力大于墙板受压承载力时,带自复位耗能支撑钢板剪力墙在支撑恢复力的作用下具有很好的复位能力。     

基于钢板屈曲分析的双钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算方法

为了考虑钢板屈曲对双钢板-混凝土组合（DSCC）剪力墙的轴压承载力的影响,该文首先以4个组合墙的轴压试验为基础,采用ABAQUS建立DSCC剪力墙的有限元模型。模型中混凝土采用实体单元,钢板采用壳单元,剪力连接件采用非线性弹簧单元SpringA,并考虑了材料非线性和钢板初始缺陷。在验证有限元模型后,研究了不同参数对钢板屈曲的影响,得到了钢板屈曲应力的计算公式。分析结果表明:当钢板出现局部横向贯通屈曲时,破坏模式为屈曲位置的混凝土压碎;当钢板未发生屈曲时,破坏模式为钢板屈服;墙侧面钢板宽度较小时,侧面钢板不会发生屈曲。最后,基于钢板屈曲分析以及构件极限状态下的应力状态分析,提出了新的DSCC剪力墙的轴压承载力计算方法,引入了钢板屈曲的影响。结构表明:对比规范JGJ/T 380―2015采用的计算公式,该文提出的计算方法具有更高的精度和稳定性,可用于DSCC剪力墙的深入研究以及工程设计。     

多层钢板剪力墙水平荷载作用下结构性能的有限元分析

利用有限元数值模型分别计算了四边简支和四边固支均匀受剪矩形板弹性屈曲剪应力及屈曲后极限强度。考虑内填板的屈曲后强度,通过相关文献的单层和4层钢板剪力墙试验数据验证了多层钢板剪力墙有限元数值模拟方法的正确性。利用试验验证的有限元分析方法分别研究了单层和4层钢板剪力墙在水平荷载作用下内填板高厚比的变化对结构性能的影响,并与相应的单层和4层纯框架结构进行了比较,这为钢板剪力墙在不同阶段的结构性能分析提供了依据。     

高延性波纹钢板剪力墙抗震性能研究

该文提出了一种具有高弹塑性屈曲荷载、大延性变形能力的梯形波纹钢板剪力墙,并通过试验研究和数值模拟,研究了墙板参数对其滞回特性、失效模式和抗震性能指标的影响规律。研究结果表明：波纹钢板剪力墙试件表现出优秀的滞回特性,墙板屈曲均发生在变形较大的弹塑性阶段,弹塑性屈曲位移角可达2%以上;墙板宽厚比的增大可以显著提高屈曲位移角和承载能力,面外波折角度的增大能够一定程度提高屈曲位移角和承载能力;墙板宽高比的增大会减小屈曲位移角,并导致屈曲后承载力退化加快。     

高延性混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究及抗剪承载力计算

该文提出采用高延性混凝土（HDC）提高低矮剪力墙的抗震性能,设计并制作了5片剪跨比均为1.0的剪力墙,并通过拟静力试验,分析轴压比、水平分布钢筋及内置钢板对低矮剪力墙的破坏形态、延性和耗能能力的影响。试验结果表明:与高强混凝土剪力墙相比,HDC剪力墙的变形能力明显提高;HDC低矮剪力墙的耗能能力、变形能力随着轴压比的增大而减小,随水平分布钢筋数量的减小而减小;HDC与钢板协同工作提高了低矮剪力墙的承载能力和耗能能力。基于软化拉-压杆模型,并考虑HDC材料的受压软化特性,该文提出了高延性混凝土低矮剪力墙抗剪承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究

提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为 1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。     

新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁的受弯性能,以预应力、抗剪连接件数量和混凝土翼缘板有效宽度为参数,进行4根试件的受弯试验,结果表明:波纹钢能较好地与混凝土协同工作,有效加强钢-混界面,避免纵向滑移破坏的发生,但是波纹钢轴向刚度较小,几乎没有抗弯贡献;预应力和混凝土翼缘板对组合梁的抗弯贡献较大;抗剪连接件数量不足时组合梁发生纵向水平剪切破坏。在试验基础上进行有限元模型模拟计算,发现新型组合梁能充分发挥各组成部分间的组合作用,提高试件的抗弯承载力与延性;相比于直钢板组合梁,波纹钢组合梁有较好的刚度和较高的承载能力;随着混凝土强度提高,承载力略有提升;下翼缘钢板厚度增加,承载力显著提高,对刚度影响不大;刚度、承载力随预应力度提高而提高,但是延性变差。最后,建立了新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯承载力计算公式。