自复位钢木混合剪力墙：抗侧力性能试验研究与自复位机理参数分析

该文提出一种新型自复位钢木混合剪力墙体系,其由自复位钢框架、轻型木剪力墙及滑动摩擦型阻尼器组成。通过往复加载试验研究了自复位钢木混合剪力墙体系的抗侧力性能、破坏模式、剪力在钢框架与木剪力墙中的分配规律以及钢绞线内力变化规律。在此基础上,基于OpenSEES平台建立了自复位钢木混合剪力墙的数值模型,并通过试验数据验证了模型的准确性。利用该数值模型进行体系关键参数分析,研究了不同参数设置下自复位钢木混合剪力墙的自复位性能。分析参数选为阻尼器激发力水平及体系初始预应力水平。结果表明：自复位钢木混合剪力墙体系的滞回曲线呈“旗帜型”,自复位性能良好,大位移下阻尼器锁定可带来体系强度与刚度的二次提升;试验中,阻尼器长圆孔设置较长可有效减轻木剪力墙中损伤。参数分析结果显示,阻尼器激发力水平的提高会降低体系的自复位性能,相同阻尼器激发力水平下,体系初始预应力水平的提高不会持续提高体系的自复位性能;根据参数分析结果,给出了自复位钢木混合剪力墙体系中阻尼器激发力与体系初始预应力水平选取的建议公式。     

往复荷载下两种连接方式钢木混合墙体抗侧性能研究

对两榀钢木混合墙体进行了水平方向的低周往复加载试验,两榀钢木混合墙体分别采用不同的连接形式:一种是在木剪力墙周边构件上钻大孔后用钉固定木垫板和木盖板的普通螺栓连接;另一种是带长圆孔钢板的高强螺栓连接。通过试验和分析,获得了两种钢木混合墙体的破坏模式、荷载-位移关系、极限承载力、耗能性能及剪力分配情况。研究结果表明,高强螺栓连接的钢木混合墙体刚度比普通螺栓连接的钢木混合墙体刚度更大,且其承载力和耗能能力也较大;但在极限状态下,普通螺栓连接的钢木混合墙体变形能力更强;两种不同连接的钢木混合墙体都能保证钢框架与木剪力墙协同工作,相比纯框架,钢木混合墙体的极限承载力、耗能性能和变形能力均得到了提高。     

钢板剪力墙的试验研究

天津津塔是我国首座采用钢板剪力墙的超高层建筑,也是目前已知规模最大的钢板剪力墙结构,其主要抗侧力体系为钢板剪力墙和钢管混凝土柱所构成的核心筒。为研究这种结构体系及其构造做法的实际受力性能,并为设计计算提供试验依据,完成了2个2跨5层1∶5缩尺比例的钢板剪力墙模型的低周往复加载试验。试件变化的主要参数包括钢板剪力墙与周边框架的连接方式以及钢板剪力墙的加劲构造措施。试验表明,钢板剪力墙结构具有较高的承载能力,稳定的滞回性能。未设置加劲肋的钢板剪力墙试件,在加载初期即发生平面外屈曲,其滞回曲线呈现一定的S形捏拢趋势;设置有4道竖向加劲肋的钢板剪力墙试件,在加载过程中未发生平面外屈曲,其滞回曲线呈饱满的纺锤形。此外,采用摩擦型高强螺栓连接的钢板剪力墙试件在加载过程中有较大噪声,可能影响结构的正常使用。     

带暗柱的双钢板高强混凝土组合剪力墙抗震性能分析

双钢板高强混凝土组合剪力墙是由双层钢板内填高强混凝土构成的一种新型高层建筑抗侧力构件。本文进行了3个试件的低周反复加载试验,试件的破坏模式为钢板屈曲后混凝土压溃。试验结果表明双钢板高强混凝土组合剪力墙具有较高的承载力和良好的变形能力。在试验研究的基础上建立了有限元模型进行单调加载推覆分析,研究了轴压比、剪跨比、距厚比和配筋率等参数对剪力墙抗震性能的影响,最后推导了组合剪力墙的极限承载力计算公式。     

钢木混合结构在不同性能水准下的层间位移角限值

钢木混合结构是一种主要由钢框架、内填轻型木剪力墙和钢木混合楼盖组成的新型结构体系。抗震设计中,层间位移角是衡量结构和非结构破坏程度的重要指标。为获得钢木混合结构在不同性能水准下的层间位移角限值、定义钢木混合抗侧力体系的屈服点,在有限元软件OpenSees中对120个不同参数的钢木混合抗侧力体系进行推覆模拟,得到具有95%保证率的屈服位移角为0.48%;为定义钢木混合结构倒塌极限状态性能点,选取10条不同地震记录,在有限元软件OpenSees中对考虑不同木剪力墙和钢框架抗侧刚度比的三层和六层钢木混合结构进行增量动力分析,得到具有95%保证率的倒塌极限状态层间位移角为2.43%。基于分析结果和已有试验现象,建议钢木混合结构立即居住和防止倒塌性能水准层间位移角限值分别取0.5%和2.5%。     

栓焊混合连接钢板剪力墙试验研究

本文描述了内填钢板与边框采用高强螺栓和焊接混合连接钢板剪力墙试件的试验过程。一个试件的内填钢板仅在上下侧与边框焊接连接,另一个四周采用栓焊混合连接,二者内填板中部均采用高强螺栓拼接。给出了试件的刚度、强度、延性和耗能指标。试验结果表明四周连接试件具有良好的耗能能力,内填钢板能有效发挥其抗侧能力,而上下侧连接试件的性能稍强于纯框架。与同尺度的全焊接试件相比,栓焊混合连接试件的初始刚度较低,极限承载力相近,变形能力和耗能能力增强。这是螺栓连接处存在相对滑移和局部变形的结果。工程应用时宜根据结构性能需求采用不同的连接方式。     

木剪力墙布置数量对多层钢木混合结构抗侧力性能的影响

新型多层钢木混合结构是在钢框架上铺设木楼盖和木剪力墙而形成的一种新的建筑结构,这种结构形式兼具钢框架结构体系效率高及木楼盖和木剪力墙抗剪切变形能力强的优点;木剪力墙替代柱间钢支撑使建筑平面更加规整,可用于多层乃至小高层房屋。通过对不同组合形式的钢木混合结构进行pushover分析和非线性动力时程分析,来研究这种新型结构体系中剪力墙的抗侧力作用。结果表明,木剪力墙不仅能够有效的减小混合结构的自振周期和地震作用下的层间位移角,同时还能提高混合结构的抗侧刚度、抗侧承载力和延性。这种混合结构中,钢框架和木剪力墙可以共同工作,在地震作用下体现出较好的抗侧力性能。     

长孔螺栓摩擦阻尼器试验研究

本文主要针对长孔螺栓摩擦阻尼器进行了往复荷载作用下的试验研究,研究摩擦接触面材料、长孔宽度及有无碟形垫片对阻尼器工作性能的影响,设计了5个试件进行循环加载试验。结果表明:摩擦接触面为钢-钢接触时,摩擦力稳定性较差,使用黄铜板做摩擦材料时,阻尼器在多次往复荷载作用下摩擦力变化幅度较小,稳定性良好;长孔宽度较大容易产生高强螺栓预紧力的损失,在摩擦面上分布不均匀以及黄铜板翘曲变形等现象,长孔宽度小的试件在摩擦力的对称性上表现出更加优越的性能;碟形垫片的使用能有效地控制摩擦力的离散程度。     

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。     

钢框架中钢梁高强螺栓拼接摩擦耗能的试验研究

为了探索将钢框架中的钢梁高强度螺栓拼接节点按照摩擦耗能节点进行设计的可行性,进行了三个试件的循环加载试验。所有试件的梁柱连接都采用焊缝连接,钢梁拼接按照拼接中心处的实际受力设计,翼缘和腹板拼接全部采用10.9级高强螺栓摩擦型连接,螺栓孔采用长圆孔。试验结果表明:三个试件都能够实现拼接中心的摩擦耗能作用,而且梁柱连接焊缝不会提前破坏;所有试件都表现出了良好的耗能性能;但试验也发现了一些值得注意的问题,如在循环加载作用下,拼接节点的承载能力和耗能能力下降较多,长圆孔的开孔长度对节点的转动能力和耗能能力影响较大等。     

往复荷载作用下配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙抗侧力性能研究

随着我国土木工程行业由建造向运维逐渐转型，工程结构服役安全保障需求陡增，提质增效的结构智能诊断方法成为研究热点。结构服役性态指标是表征工程结构安全水平的要素，是工程结构诊断养护技术体系以及结构健康监测研究的基础，判断结构服役性态的敏感指标并进一步实现指标的智能识别是工程结构诊断智能化的首要任务。为此，围绕工程结构运维公共建筑、地铁隧道、公路桥梁、公路路面等多个场景中的敏感服役指标的智能识别开展综述研究；梳理关键敏感指标，进一步对指标的智能化识别方法进行归纳总结。结果表明，以深度学习为代表的新一代人工智能技术有效推动了结构服役敏感指标的感知识别研究与应用，其中数字图像方法与深度学习算法在工程结构变形、表面病害智能识别中取得了良好的效果，展现了全面的应用优势。     

Load-sharing mechanism in timber-steel hybrid shear wall systems

The lateral performance of timber-steel hybrid shear wall systems with regard to the interaction between the steel frame and the infill wood shear wall was investigated in this paper. A numerical model for the timber-steel hybrid shear wall system was developed and verified against test results. Design parameters, such as the lateral infill-to-frame stiffness ratio and the arrangements of wood-steel bolted connections were studied using the numerical model. Some design recommendations were also proposed based on the parametric analysis. In the hybrid shear wall system, the infill wood wall was found to resist a major part of the lateral load within relatively small wall drifts, and then the steel frame provided more lateral resistance. Under seismic loads, the infill wood wall could significantly reduce the inter-story drift of the hybrid system, and a complementary effect between the infill wood wall and the steel frame was observed through different lateral load resisting mechanisms, which provided robustness to the hybrid shear wall systems.     

基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器受力性能与试验研究

为提高建筑结构抗震韧性,实现震时响应可控,震后易修复的性能目标,提出一种基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器,给出一种基本构造方案,分析阻尼器不同阶段的工作原理,理论推导滞回曲线及各阶段刚度、承载力计算公式。通过多次往复加载试验,对碟簧和摩擦片的基本性能,以及多次地震作用下阻尼器的滞回性能和低周疲劳性能进行了考察。试验结果表明,高强钢碟簧性能稳定,复合摩擦材料耗能能力优异;基于两者组合的自复位消能减震阻尼器具有良好的可调节刚度、承载力以及优异的自复位性能;阻尼器滞回耗能稳定,可实现震后功能恢复,低周疲劳性能好。提出的阻尼器工作过程中各阶段刚度及承载力计算公式与试验结果吻合较好,可为工程设计提供参考。     

高性能耐火钢高强度螺栓接头高温受剪性能试验研究

为促进高性能耐火钢材设计理论发展与工程应用,对采用不同型号高强度螺栓的10个高强度螺栓连接接头进行了不同温度条件下的受剪试验,其中包含4个采用普通高强度螺栓的连接接头以及6个采用BFRW10耐火高强度螺栓的连接接头,连接板均采用WGJ高性能耐火钢.试验研究了常温下螺栓接头的摩擦面抗滑移系数、不同温度下螺栓接头的荷载-位...     

Self‐centering steel–timber hybrid shear wall with slip friction dampers: Theoretical analysis and experimental investigation

An innovative self‐centering steel–timber hybrid shear wall (SC‐STHSW) system is proposed as a promising structural solution for earthquake‐resilient buildings. The SC‐STHSW is composed of posttensioned (PT) steel rocking frame and infill light‐frame wood shear wall. The PT steel frame provides self‐centering capability, whereas the infill wood shear wall improves the lateral stiffness and the load resistance. Meanwhile, friction dampers are assembled into the connections between the steel frame and the infill wall to provide energy dissipation. Theoretical analysis and cyclic loading test were conducted to comprehend the load‐resisting behavior of the proposed SC‐STHSW system, and closed‐form solutions of the moment, shear, and axial force distribution along the length of the steel beam were formulated. Moreover, a nonlinear finite element model was developed, and the model was further used to verify the derived theoretical formulas. Results showed that the SC‐STHSW system was able to undergo large interstory drift without the development of plastic zones in the steel frame members, which resulted in very small residual deformation. The presented experimental and numerical results aim to provide a practical structural solution for high‐performance earthquake‐resilient buildings.     

Seismic analysis of benchmark building installed with friction dampers

The 20-storey steel building has been declared as seismically excited benchmark building by structural control community to compare various control strategy, such as active, passive, semi-active and combination thereof. In this study, dynamic behaviour of the benchmark building installed with friction damper is investigated. For evaluation of structural responses, the seismic excitations considered are El Cento, Hachinohe, Northridge and Kobe. The friction damper with numerical rectangular ideal elasto-plastic hysteretic model is proposed to be used for the analysis. The effectiveness of friction dampers for reduction of responses namely, displacement, acceleration, base shear and performance criteria stipulated in the benchmark problem is investigated. Since, the activation of friction damper depends on slip force, a parametric study is also conducted to investigate the optimum slip force of the dampers, which yield the minimum responses. Further, optimal placement of dampers, rather than providing the dampers at all the floor levels is also studied, to minimise the cost of the dampers. Numerical study is also carried out by varying the slip force of dampers along the height of the benchmark building. Results show that for appropriate slip force and optimum location number, friction dampers installed in benchmark building can effectively reduce earthquake-induced responses.     

正交胶合木墙与楼面钢梁预应力螺栓连接的抗滑移性能

正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)-钢混合结构中,CLT剪力墙的抗侧能力主要取决于墙体与下部构件的抗剪连接.目前,角钢式抗剪连接件是工程中的主要连接形式,该类CLT墙体抗侧时,破坏往往集中在抗剪节点域,而CLT墙体受力并不大.为充分发挥CLT强度和刚度较大的优势,本文探索CLT墙与其下楼...     

全加劲两侧开缝钢板剪力墙弹性屈曲研究

采用有限元方法对全加劲两侧开缝钢板剪力墙在面内水平荷载作用下的弹性屈曲临界荷载、屈曲模态进行了研究。对影响其弹性屈曲性能的参数进行了分析,包括两侧和中部加劲肋与墙板的刚度比、两侧和中部加劲肋宽厚比以及墙板高厚比和边长比。给出了全加劲两侧开缝钢板剪力墙加劲肋的弹性屈曲设计参考公式,为开缝钢板剪力墙的应用提供依据。     

高轴压比下内置钢板高强混凝土组合剪力墙#br# 抗震性能试验研究

内置钢板混凝土组合剪力墙主要应用于超高层建筑结构中,是主要的抗侧力构件,其底部剪力墙往往承担巨大的竖向荷载,轴压比和混凝土强度是影响其抗震性能的主要因素。为研究内置钢板高强混凝土组合剪力墙在高轴压比下的抗震性能,进行2个剪跨比为2.28的组合剪力墙试件拟静力试验,设计轴压比分别为0.6和0.8,C70混凝土。研究组合剪力墙在低周反复荷载作用下的受力性能和破坏模式,分析轴压比对抗震性能的影响。结果表明：2个试件最终均发生压弯破坏,破坏截面基本符合平截面假定,滞回曲线均较饱满,耗能性能良好,同时具有比较稳定的水平承载力;随着轴压比增大,组合剪力墙的水平承载力、初始刚度和耗能能力增大,侧向变形能力有所降低,但屈服位移角仍大于1/120,极限位移角为1/46。研究可为内置钢板高强混凝土组合剪力墙的工程应用提供理论参考。