屈曲约束开斜槽钢板剪力墙简化分析模型及其应用

屈曲约束开斜槽钢板剪力墙是在非加劲薄钢板剪力墙基础上提出的一种兼具承载-耗能双功能、可预制装配的新型耗能减振构件。基于剪力墙的受力机理,本文提出了可用于结构体系分析和设计的简化等效多杆模型,并采用OpenSees软件建立等效多杆的简化模型,通过与拟静力往复试验结果的分析对比剪力墙基本力学性能,验证了等效多杆模型的适用性。将其应用到钢框架中并形成钢框架-新型剪力墙双重抗侧力结构体系,采用本文提出的简化模型,对一30层结构进行了抗震设计和分析。结果表明,屈曲约束开斜槽钢板剪力墙充分发挥了抗侧-耗能的双功能,使结构体系具有优越的抗震能力。     

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。     

超高层核心筒薄型钢板剪力墙施工分析

超高层结构在核心筒中设置钢板剪力墙是近几十年来发展的一种新型抗侧力结构体系。钢板剪力墙综合了钢框架支撑体系及钢筋混凝土剪力墙抗侧力体系的优点,具有偏心支撑的结构性能。钢板剪力墙主要承受水平力作用,竖向力作用完全由周边框架柱承担,完全符合第一道抗震防线低轴压比的抗震设计要求,是非常理想的抗侧力构件。但在钢板剪力墙的施工过程中,由于工序交叉、作业面狭小,施工时不可控因素较多。针对超高层核心筒薄型钢板剪力墙施工进行分析。     

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。     

钢框架短肢组合钢板剪力墙结构优化分析

钢框架短肢组合钢板剪力墙结构是一种适用于小高层的建筑新型框架剪力墙结构,它具有良好的抗震性能。以影响结构抗震性能的内嵌钢板宽厚比、面外墙板约束及钢板边界约束等4个因素进行了分析。通过总结各影响因素,进行了结构单元动力响应的数值模拟分析,提出了组合钢板剪力墙与钢框架的合理抗侧刚度比及合理的内嵌钢板剪力墙宽厚比。优化后的结构模型试验证明:当钢框架短肢组合钢板剪力墙结构中各构件在整个结构中达到最优设计,同时抗侧刚度比在0.42~0.45之间时,结构整体具有较高的水平承载能力,良好的抗震和耗能能力。最后提出了钢框架短肢组合钢板剪力墙的优化设计建议。     

自复位两边连接钢板剪力墙工作性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁-柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。内填钢板只与钢梁连接可以减小对边框柱的需求,消除节点开口在钢板角部的应力集中,从而避免了钢板角部撕裂。建立自复位两边连接钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究内填钢板和边缘框架的相互作用,并与自复位四边连接钢板剪力墙的工作性能进行对比分析。分析结果表明,与自复位四边连接钢板剪力墙相比,钢板两边连接的自复位钢板墙具有更好的复位能力,但强度、刚度和耗能能力较小。     

T型板连接装配式组合剪力墙抗震性能研究

装配式建筑在国家政策的大力支持下逐渐兴起，钢板混凝土组合剪力墙结构作为一种高效的抗侧力体系，其与装配式建筑的结合成为土木工程领域当前的研究热点。基于钢结构节点连接的可靠性与便捷性特点，提出了一种预埋T型板连接装配式组合剪力墙，建立了同尺寸的现浇组合剪力墙和装配式组合剪力墙的精细化有限元分析模型，并将二者分析结果进行对比，验证了该连接方式的可行性与可靠性；在此基础上，通过一系列试验对二者的滞回曲线、骨架曲线、延性系数和抗侧刚度等进行对比分析和抗剪承载力理论验算，结果表明预埋T型板连接装配式组合剪力墙的耗能能力、承载能力、延性性能和抗侧性能均有所降低，基本满足抗震性能要求。通过对比分析发现，轴压比和高宽比对T型板连接装配式墙体承载性能有一定影响，设计时应给予足够的重视。     

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。     

组合框架双开孔钢板剪力墙结构的数值模拟

目前建筑行业大力推广高层、超高层建筑,对具有更优的抗震性能结构体系研发工作显得更为迫切和重要,为此,提出了组合框架双开孔钢板约束混凝土墙结构的高效新型双重抗震防线抗侧力结构体系,考虑组合剪力墙不同连接方式、轴压比两个设计参数,采用ABAQUS对该结构体系的抗震性能进行研究分析。研究结果显示：(1)四边连接试件相较两边连接试件周边整体约束强、整体性好,钢板拉力带的发展更为均匀且充分,四边连接试件的承载力、抗侧刚度、耗能能力均高于两边连接试件;(2)随着轴压比的增大,承载力、抗侧刚度略微增强,但耗能发展减缓。     

装配式钢板剪力墙结构抗震性能研究综述

装配式钢结构符合全寿命期绿色建筑理念,推广应用装配式钢结构是实现新型建筑工业化的重要途径.装配式钢板剪力墙结构是装配式钢结构在高层和高烈度区域应用的重要体现,良好的抗震性能是其应用的关键,国内外学者针对装配式钢板剪力墙结构的抗震性能进行了研究.在深入分析前人研究的基础上,介绍了装配式钢板剪力墙的工作原理、剪力墙和框架采用四边部分连接和两边连接的构造形式,对装配式开孔钢板剪力墙、装配式带缝钢板剪力墙、装配式加劲钢板剪力墙、装配式低屈服点钢板剪力墙、装配式波形钢板剪力墙、装配式屈曲约束钢板剪力墙的抗震性能发展现状进行了梳理和归纳,同时综述了装配式钢板剪力墙结构的抗震性能,总结了装配式钢板剪力墙的发展趋势.综述表明,具有可恢复功能的全装配式钢板剪力墙结构结合减震技术共同应用是今后的发展方向之一.     

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。     

近断层地震作用下钢板剪力墙结构基于MECE谱的性态设计方法

结构在近断层地震作用下的损伤通常与强速度脉冲所携带的瞬时输入能量相关,为反映这种近场地面运动特征,以10条坚硬场地的近场地震记录为输入,建立了适用于设计的最大有效滞回耗能（MECE）谱,提出了基于MECE谱确定钢板剪力墙结构屈服基底剪力的性态设计方法。该方法不仅反映近场地震速度脉冲的影响,而且还可区别不同结构体系滞回特性的影响。同时,结合已有研究成果完善了钢板剪力墙结构周边构件能力设计的简化公式。通过对1榀10层3跨钢板剪力墙结构的弹塑性时程分析,对建议方法进行了验证。结果表明：在多遇及罕遇地震作用下结构层间位移角满足我国现行建筑抗震设计规范的要求,结构出现理想的渐进式梁铰屈服机构,证明了基于MECE谱钢板剪力墙结构性态设计方法的合理性和可靠性。     

A simplified method for fundamental period prediction of steel frames with steel plate shear walls

Steel plate shear wall (SPSW) has been widely used as a lateral force resisting system (LFRS) for medium or high‐rise buildings. The fundamental period is an important parameter for seismic design and seismic risk assessment of building structures. In this paper, a simplified method is developed for the period prediction of SPSW structures based on the basic theory of engineering mechanics. It estimates a SPSW structure as a shear system of steel frame and a shear‐flexure system of SPSWs separately. The fundamental period of the SPSW structure is calculated according to the integration of the lateral stiffness of the steel frame and SPSWs along the height. A corrected formula is proposed based on the fitting analysis of the ratio of the FEM period to the estimated period. A shaking table test is used to validate the corrected formula, the relative error between the corrected result and the test result is 5.0%. Besides, the proposed method is also compared to some existing methods for the period prediction of SPSW structures, the results indicate that the proposed method has good accuracy and can be hand‐calculated. Finally, a probability‐based method is proposed for the corrected formula, and the fundamental period could be determined with a certain guarantee. A confidence interval estimation could be determined via the proposed method according to the demand of structural design.     

钢板剪力墙震后型钢斜劲修复结构的抗震性能研究

为研究钢板剪力墙结构在遭遇震害后的修复方法和修复后结构的抗震性能,对一榀缩尺比1∶3的单跨两层薄钢板剪力墙进行原始结构和修复结构低周往复荷载试验研究,在原结构加载结束后对受损结构采用型钢斜加劲肋的方法进行原位修复,研究钢板剪力墙震后型钢斜劲修复方法的有效性和修复后结构的抗震性能。同时,采用有限元软件ABAQUS模拟修复过程,进行修复结构与未修复结构二次遭遇低周往复荷载作用的性能对比研究,以及修复结构中型钢斜肋的肋板刚度比参数分析。研究结果表明:在设防地震阶段采用斜劲修复后,结构内嵌钢板面外变形得到有效恢复,斜劲修复与加固方法可行,同时有限元的"生死单元"法也可较好地实现修复过程的模拟;修复结构的承载力、弹性刚度和能量耗散量显著提高,分别相较未修复结构的提升12.06%、36.57%和57.72%;同时,斜劲修复有效减小了内嵌板的面外变形量,变形量较未修复结构降低37.69%,斜劲修复用肋的肋板刚度比阈值可选用50,即为传统纵横加劲钢板剪力墙竖向肋板刚度比的限值。     

三类钢板剪力墙结构试验研究

防屈曲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧耗能构件,但墙板嵌入受弯框架时,二者之间的相互作用尚需进一步研究。为此进行了两层单跨钢框架内嵌防屈曲钢板剪力墙的试验研究,作为比较同时进行了两层单跨钢框架内嵌非加劲钢板剪力墙与两层单跨钢框架内嵌组合钢板剪力墙结构的试验研究。在试验的基础上,对试件进行有限元分析,比较了三类钢板剪力墙之间的性能差异。研究表明,防屈曲钢板剪力墙能够消除无加劲钢板剪力墙在水平荷载下产生的巨大屈曲噪声,具有较大的初始刚度与承载力,拥有良好的延性与滞回耗能性能,而且由于其屈服先于屈曲发生,对周边框架产生的附加弯矩很小;组合钢板剪力墙的性能与防屈曲钢板剪力墙相似,但由于后期外包的混凝土发生脱离,内嵌钢板剪力墙会产生拉力带,不仅对框架产生不利影响,而且自身承载力、刚度与耗能能力均有不同程度的退化。图32表1参12     

复合材料设计中SPSW和CSPSW的周期性质

剪力墙系统常用于高层建筑结构中抵抗侧向荷载。复合钢板剪力墙(CSPSW)系统具有承载力高、延展性好、耗能能力强等特点,越来越多的用于钢结构中以抵抗侧向荷载。介绍了钢板剪力墙(SPSW)和复合钢板剪力墙(CSPSW)的相关试验。对两个1/3缩尺抛光试样进行焊接和测试,试验剪力墙系统由混凝土填充圆形中空截面(CHS)钢管柱、钢梁和SPSW或CSPSW组成。对试验结果进行分析和总结,结果显示SPSW和CSPSW系统具有良好的延展性和耗能能力。SPSW系统主要用于抵抗侧向荷载作用下薄壁钢板屈曲产生的薄膜张力引起的层间剪力。CSPSW系统中附加在钢板两侧的混凝土加固(RC)镶嵌板主要用于确保复合材料的性能,防止钢板屈曲。与SPSW系统相比,CSPSW系统的承载力和耗能能力显著增强。     

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.     

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。     

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。     

自复位钢框架钢板剪力墙性能化设计方法

基于“自复位”理念,提出了一种采用钢板剪力墙耗能的自复位钢框架钢板剪力墙结构,对其进行了受力机理分析,并给出了自复位钢框架钢板剪力墙的复位条件。依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设定了自复位钢框架钢板剪力墙基于性能的设计目标,基于性能目标提出了自复位钢框架钢板剪力墙的设计流程,从构件的实际受力状态出发对该设计方法进行了研究,并推导出构件的设计公式。以某传统钢框架为例,对其进行了由钢板剪力墙耗能的自复位结构边缘构件设计,并采用有限元软件ABAQUS对其中单榀单跨进行了Pushover分析。结果表明：当层间位移角达到2%时,结构的残余变形量控制在0.2%以内,主体结构边缘构件仍处于弹性工作状态,推覆过程中钢板墙耗散了大量能量;推覆结束后,结构余留少量残余变形,这主要是由于梁柱节点绕梁上下翼缘转动时梁上下翼缘角部受到挤压引起,可通过适当设置翼缘加强板减少甚至消除残余变形。