钢板剪力墙结构内填钢板设计

针对钢板剪力墙内填板非均匀屈服的现象,以非直接能力设计法为出发点,提出了钢板剪力墙内填板设计的新方法,经有限元算例分析表明,地震作用下各层钢板塑性应变、层间位移分布更加均匀,证明了该方法的有效性。     

剪力墙横波钢板与边框柱刚度匹配关系研究

为研究横波钢板剪力墙的力学性能并与平钢板剪力墙作对比,分别设计带有平钢板和横波钢板的剪力墙试件并进行拟静力试验。试验结果表明,横波钢板剪力墙的刚度、承载力和延性都大于平钢板剪力墙。剪力墙整体失稳破坏是由于边框柱面外刚度不足,内嵌钢板并未发挥出全部作用,两者之间匹配关系不合理。为研究内嵌钢板与边框柱之间的合理刚度匹配关系,采用ABAQUS有限元分析软件建立20个横波钢板剪力墙变参模型进行数值模拟,通过改变内嵌钢板的高宽比和边框柱的翼缘宽度来改变匹配刚度。对比模拟结果和试验结果得出:有限元分析结果和试验结果吻合度较高;当内嵌波形钢板的高宽比为2∶1且边框柱的翼缘宽度为150 mm时,匹配效果较优。     

多楼层钢板剪力墙之耐震设计研究

现有钢板剪力墙耐震设计规范对于多楼层钢板剪力墙边界梁柱的容量设计并无清楚交代,本研究的目的在于研发方便且有效的多楼层钢板剪力墙的耐震分析与容量设计方法。探讨不同原理的钢板剪力墙底层边界柱容量设计法,研究如何避免底层柱顶塑性铰的产生,并以ABAQUS有限元模型证实所提设计方法可以有效地避免柱顶塑性铰的发生,而避免侧向变形集中在底层时的软弱层现象。本研究采用美国洛杉矶市反应谱分别设计了6层以及20层的钢板剪力墙建筑结构,并用结构非线性分析软件PISA3D建立双向板条模型进行非线性时程分析,依SAC计划中20组475年回归期的地震分析统计结果讨论钢板剪力墙结构在强烈地震下的反应。由构架动力分析反应和所估计的最大静态需求比较,可观察到钢板对边界柱的最大累积拉力的静态估计值会随着楼层位置越低时有越高估的趋向。此外,边界梁端的最大剪力在上下层钢板厚度相同处,静态估计值有严重低估的情形发生,因此会造成边界梁端的最大累积剪力静态估计值随着楼层位置越低时有越低估不保守的趋向。最后依时程分析结果给出不同楼层数的钢板剪力墙边界柱轴力需求的估算方式建议,依此建议可设计出安全且经济的边界柱。     

波纹钢板剪力墙在高层钢结构建筑中的应用

本文以杭政储出[2019]13号地块东地块1#楼、2#楼为例,介绍结构体系为框架-剪力墙结构(框架为矩形钢管混凝土柱与钢梁、剪力墙为波形钢板组合剪力墙),采用YJK及MIDAS Building两种软件对该结构进行分析计算,并对结构进行大震动力弹塑性分析,计算结果表明该结构满足规范要求,计算指标良好,达到安全、适用、经...     

开洞钢板剪力墙洞口加劲肋性能研究

采用ABAQUS软件对中部开洞、一侧开洞及两侧开洞的钢板剪力墙进行了数值分析。对不同开洞形式的钢板剪力墙进行了弹性屈曲分析和非线性滞回分析,研究了洞口加劲肋刚度、强度对开洞钢板剪力墙性能的影响。研究结果表明:增大加劲肋刚度,可提高开洞钢板剪力墙的弹性屈曲应力,当肋板刚度比超过所提出的下限时,加劲肋对开洞钢板剪力墙屈曲应力的提高幅度降低;宽高比较大时,加劲肋对开洞钢板剪力墙屈曲应力的提高更加显著,在相同的肋板刚度比条件下,宽厚比不同的开洞钢板剪力墙屈曲应力的提高幅度基本相同。建议中部开洞、一侧开洞及两侧开洞钢板剪力墙的肋板刚度比下限分别取30,15和25。滞回分析结果表明:肋板刚度比对开洞钢板剪力墙弹性刚度、承载力和耗能能力影响较小。加劲肋强度过低时,无法充分发挥钢板剪力墙屈曲后的拉力场作用。按所提出的强度验算公式设计的加劲肋,可为开洞钢板剪力墙拉力场提供可靠锚固,确保拉力场充分发展。     

组合钢板剪力墙抗震优化设计探讨

本文运用有限元软件ANSYS对两边连接组合钢板剪力墙进行非线性分析,研究其抗震优化设计。在建立了有限元模型的基础上,分析有限元模型结果,结合组合墙的能力设计法,提出抗震优化设计的流程和要求。     

钢板剪力墙大矩形开孔的加固方法

对在建筑中作为门窗的钢板剪力墙的大矩形开孔加固的非线性性能进行研究。对一些开孔和未开孔的钢板剪力墙进行数值分析:1)用分析结果对开孔的钢板剪力墙的性能进行描述;2)研究开孔处局部边界梁结构的开孔特性、大小和开孔处任意边的填充板厚度所带来的影响;3)调查开孔所带来的系统强度和刚度的改变。结果显示,根据AISC20《钢结构设计规范》来解决开孔处上、下梁的设计并不完善。对局部边界梁结构使用略厚或略薄的内填充板将会改变整体的屈服顺序。显而易见,尽管不同开孔所需的不同局部边界梁结构的大小会对其有一定的影响,开孔加固的类型﹑位置﹑形状并不会影响整体强度。在不同的钢板剪力墙中使用开孔加固可以增加其极限强度和刚度,而略微减小延性比。     

依据规范设计的钢板剪力墙的抗震性能

目前美国钢结构协会(AISC)抗震设计规范纳入了钢板剪力墙(SPSWs)的设计要求。钢板剪力墙由薄钢板中夹着被称为水平边界单元(HBEs)的钢梁和被称为竖直边界单元(VBEs)的钢柱组成。无加劲薄钢板在较低剪力作用下屈曲并发展变形,通过屈服变形达到延性和耗能的目的。HBEs的作用是加劲和提高整体强度,并将屈服局限于薄钢板内。VBEs的作用是促进梁端塑性铰的形成。研究依据规范设计的钢板剪力墙的性能,设计了一系列钢板剪力墙试件,采用不同震级的地面震动反应谱的非线性时程分析对其进行性能研究。研究发现,依据现行规范设计的试件能满足各种地震烈度下最大层间位移的要求,并且在最高地震烈度下最大层间位移比小于5%。由于高阶振型对反应的影响,低层钢板剪力墙的延性要求比高层钢板剪力墙要高。由钢板承担的楼层剪力与由边界框架承担的楼层剪力之比为60%～80%,此比值与板的长宽比和地震烈度无关,而与板的厚度有关。9层或以上钢板剪力墙在低烈度地震下对VBEs的需求比规范计算方法要小很多。     

两端连接偏心支撑钢板剪力墙的弹性屈曲研究

结合支撑和钢板剪力墙的特点,提出了两端连接偏心支撑钢板剪力墙的结构形式,采用ANSYS有限元软件进行了弹性屈曲分析,重点研究了内填板的高厚比、宽高比、柱弹性刚度对弹性屈曲系数和屈曲荷载的影响。结果表明,支撑能够起到显著提高屈曲荷载的作用。高厚比和宽高比是影响两端连接偏心支撑的钢板墙的弹性屈曲荷载的主要因素。为进一步研究两端连接偏心支撑钢板剪力墙的多道抗震设防奠定了理论基础。     

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。     

大高宽比屈曲约束组合钢板剪力墙的试验研究

组合钢板剪力墙具有刚度大、抗震性能好,适用范围广的优点,大高宽比组合剪力墙可用于钢结构住宅等剪力墙尺寸受限制的建筑中.本文对4组不同尺寸的大高宽比组合钢板剪力墙进行了单调加载和循环加载试验,并与一组纯钢板剪力墙进行了对比.试验结果证明,预制混凝土板町以有效地对钢板的平面外屈曲进行约束,从而大大提高组合钢板剪力墙的承载力和耗能性能;同时,试验结果与有限元分析的结果吻合良好,为组合钢板剪力墙的理论分析提供了依据.     

开缝钢板剪力墙滞回性能研究

开缝钢板剪力墙的开缝形式能够改善结构破坏形式、提高耗能能力及延性。为研究不同开缝形式和开缝参数对开缝钢板剪力墙的滞回性能影响,利用ABAQUS有限元软件建立了开缝钢板剪力墙的数值模型。结果表明,有限元计算结果和试验结果吻合较好。设计了竖缝、斜缝和对称斜缝3种开缝形式,通过28个钢板剪力墙试件的计算分析发现开缝钢板墙能够很好地实现屈曲前屈服。开缝使得钢板墙的承载力和刚度明显下降,但滞回环饱满,具有较好的耗能性能;而对称斜缝钢板墙可获得较好的屈服耗能。研究结果表明:缝间墙肢宽高比为0.2时的钢板墙刚度和耗能性能较好;通过合理设置钢板墙中的开缝参数,可使得钢板墙具有可控的抗侧刚度和承载力,获得较好的抗震耗能能力。通过骨架曲线上的特征点对开缝钢板墙的受力过程进行分析,考察了缝间墙肢宽高比b/h和高厚比h/t对开缝钢板墙滞回性能的影响。     

圆弧切口钢板剪力墙的抗侧承载力研究

《钢板剪力墙技术规程》规定:应采用相应的构造和施工措施来实现钢板剪力墙不承受竖向荷载的计算假定,当钢板剪力墙承受竖向荷载时,其内嵌钢板抗侧承载力会有所折减,鉴于此,提出一种在内嵌钢板的顶部和底部开设圆弧切口的钢板剪力墙。利用有限元软件ABAQUS对钢板剪力墙进行静力荷载作用下的数值模拟,研究开设圆弧切口的构造措施对减弱竖向荷载对内嵌钢板抗侧承载力不利影响的效果,通过分析该构造措施引起的内嵌钢板抗侧承载力折减率,确定弧长和弧高的最优取值范围。结果表明:在内嵌钢板上开设圆弧切口的构造措施能有效减弱竖向荷载对内嵌钢板抗侧承载力的不利影响;圆弧切口越大,竖向荷载对内嵌钢板的抗侧承载力的影响越小。建议弧长取内嵌钢板跨度的1/3～1/4,弧高取100～150mm。研究成果可为钢板剪力墙在实际工程中的应用提供理论基础。     

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。     

钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能试验研究

将钢板剪力墙作为抗侧力体系嵌入半刚性钢框架中,形成半刚性钢框架-钢板剪力墙结构(SFSW)。为研究SFSW的滞回性能,对一榀1/3比例两层单跨试件进行循环加载试验,分析结构的承载力、延性、耗能和破坏机理。基于塑性原理,提出了结构水平极限承载力的简化计算方法。结果表明:结构侧向承载力高、延性及耗能良好;结构拥有理想的内力传递途径与分配方式,钢板剪力墙承担大部分水平荷载,钢框架承担大部分倾覆弯矩;钢板剪力墙的过早屈曲使结构刚度弱化、耗能能力下降;提出的塑性简化计算方法可以用于估计结构水平极限承载力。     

自复位钢板剪力墙结构性能分析

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。地震后通过更换钢板可使结构恢复正常使用功能。建立了自复位钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究了内填钢板和边缘框架的相互作用,以及内填钢板的厚度和跨高比对自复位钢板剪力墙强度、刚度、滞回性能及耗能能力的影响。分析结果表明,自复位钢板剪力墙的塑性变形发生在内填钢板上,边缘构件保持弹性以提供复位能力。随着钢板厚度和跨高比增大,自复位钢板剪力墙的强度、刚度、耗能能力增大,但残余变形也随之增大。自复位钢板剪力墙的复位刚度与钢板厚度无关,但随着跨高比的增大而减小。     

矩形孔口蜂窝组合梁抗剪性能研究

以开孔率为变量,分别对4根腹板开矩形孔口的蜂窝梁和蜂窝组合梁进行了抗剪试验。对比分析了两者的抗剪破坏特征,承载力及剪力-位移曲线。给出考虑楼板组合作用后蜂窝梁抗剪承载力的提高结果。结合修正后的有限元计算模型,对比研究不同开孔率、翼缘尺寸对矩形孔口蜂窝梁和蜂窝组合梁抗剪承载力的影响。对不同混凝土楼板尺寸影响下的矩形孔口蜂窝组合梁进行抗剪性能分析。结果表明:开孔率对矩形孔口蜂窝组合梁和蜂窝梁抗剪承载力影响较大;翼缘厚度对开孔率较小的矩形孔口蜂窝梁抗剪承载力有一定提高,对蜂窝组合梁影响较小。蜂窝组合梁中混凝土楼板提供主要抗剪贡献,能大幅提高矩形孔口蜂窝梁抗剪承载力,且有效防止矩形孔口处剪切变形。最后,给出了矩形孔口蜂窝组合梁抗剪承载力简化计算方法。     

钢板剪力墙抗震行为与设计

本研究主要目的在于针对未束制型钢板剪力墙的使用性与消能特性加以改良,并研发束制型钢板剪力墙试体,共规划四座试体,3cm厚之低降伏LYS钢板为墙体:一座完全不加束制构件,另两座试体分别在LYS钢板墙体之两面以矩型钢管束制之,第四座则以钢筋混凝土板(简称为CP板)束制LYS钢板墙,于地震工程研究中心进行试验,同时并研究钢板剪力墙的分析模型,包括精准的Strip Model供研究者应用,与较简易的等效斜撑模型供工程实务应用。试验结果显示,束制型钢板剪力墙,LYS钢板挫屈所产生之声响减小,且平面外侧向挫屈变形也随之减少,而消能效果也明显增加。束制与未束制钢板剪力墙之分析模型采用Strip Model,皆可以准确仿真出试验所得之迟滞循环。在单向侧推分析中,采用等效层斜撑模型仿真束制型钢板剪力墙的初始劲度以及强度与试验结果接近。     

交叉加劲钢板剪力墙弹性屈曲研究

用有限元方法对交叉加劲钢板剪力墙的弹性屈曲性能进行了研究,重点研究了加劲肋与墙板的刚度比、墙板高厚比、边长比以及加劲肋宽厚比等对弹性屈曲系数k的影响,同时与十字加劲板的抗剪屈曲性能进行了对比。研究结果表明,设置交叉加劲肋能显著提高钢板剪力墙的弹性屈曲荷载;屈曲系数k随着墙板边长比、高厚比以及加劲肋宽厚比的增大而趋于减小;本文给出的交叉加劲板弹性屈曲系数k的计算公式与有限元法的结果较吻合。