半刚接钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能的有限元分析

为研究半刚接钢框架-钢板剪力墙结构(Partially-restrained Steel Frame Steel Plate Shear Wall)的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了低周往复荷载作用下梁柱半刚性连接对强、弱框架SPSW结构滞回性能、承载力、刚度、耗能能力的影响.分析结果表明:SPSW结构的滞回曲线具有双重特征,当周边钢框架较强时,滞回曲线趋于饱满;当内填剪力墙板较强时,滞回曲线趋于捏缩.随着节点抗弯承载力的增加,强、弱框架的SPSW结构的滞回性能趋于饱满,耗能能力增强,水平承载力呈增大趋势,但对强框架SPSW结构的影响程度大于弱框架SPSW结构.节点抗弯承载力对强框架SPSW结构的抗侧刚度影响较大,对弱框架SPSW结构抗侧刚度影响相对较小.     

延性剪切薄板钢支撑滞回性能的影响因素分析

延性剪切薄板(Ductile thin shear panel,简称DTSP)钢支撑是一种内置于框架中间区域的新型抗侧力构件,可避免对周边框架钢梁、钢柱的影响,震后易于修复。为研究相关设计参数对DTSP钢支撑滞回性能的影响,文中考虑了剪切钢板的高厚比、几何尺寸因素,采用ANSYS有限元程序建立了5个微观数值模型,重点分析相关设计参数对其水平承载力、滞回性能、抗侧刚度、耗能能力的影响。分析结果表明:在斜撑不屈曲的前提下,DTSP钢支撑的塑性发展集中于剪切钢板区域,滞回耗能由剪切钢板提供。随着剪切钢板高厚比的增加,其滞回曲线呈捏缩特征,水平承载力、抗侧刚度及耗能能力略呈降低趋势。增加内填钢板的几何尺寸,DTSP钢支撑的水平承载力、抗侧刚度略呈增大趋势,等效黏滞阻尼比略有降低。     

波纹钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型钢板墙-波纹钢板剪力墙。设计了两个不同形式的波纹钢板剪力墙试件,采用低周往复加载试验,分析二者的破坏形式,对滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度及耗能性能等性能进行了系统的研究。研究表明：两种波纹钢板剪力墙均具有较高的极限承载力及初始刚度;屈曲承载力较高,屈服位移较小,能够较快地进入塑性耗能;滞回曲线较为饱满,不易发生捏缩现象。与横向波纹钢板剪力墙相比,竖向波纹钢板剪力墙的滞回性能及屈服后承载力更加出色。结果表明,在合理的参数设计下,所提出的波纹钢板剪力墙承载力高、耗能性能较强,是一种极具前景的新型抗侧力构件及耗能构件。     

基于等效拉杆模型的薄钢板剪力墙结构滞回性能分析

为了系统研究多层薄钢板剪力墙(SPSW)结构的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了在低周往复荷载作用下内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢梁刚度、钢柱刚度、柱中轴力等参数对SPSW结构滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响.结果表明:等效拉杆模型可以较好地模拟薄钢板剪力墙结构的滞回性能,内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢柱刚度对SPSW结构的抗震性能影响较大,钢梁刚度及柱中轴力对SPSW结构的抗震性能影响较小,但柱中轴力较大时,会导致结构过早失效.     

波折钢板剪力墙滞回性能与内嵌墙板优化选型

相比普通平钢板墙，梯形波折钢板剪力墙在合理设计下具有更优越的滞回性能，其中内嵌波折墙板的优化选型是抗侧力体系的设计关键。为此，通过低周往复加载试验研究了梯形波折钢板剪力墙的抗侧受力变形过程及破坏形态，并验证了有限元方法的可行性。为了得到典型波折墙板的抗侧机制影响因素，研究了墙板屈服点、高(宽)厚比、波长、波形及波折角度等对内嵌墙板滞回性能的影响，在数值算例基础上，提出了墙板的滞回优化选型表及设计建议。试验研究发现，梯形波折钢板墙试件在内嵌墙板屈曲后其水平荷载仍可继续增加，具有良好延性变形能力。数值分析结果表明：当波折墙板的几何尺寸设计不当时，表现出不稳定的屈曲后承载能力、较差的延性和耗能能力，应在初步选型设计中予以避免；由于往复加载下的累积面外残余变形，波折墙板在往复加载下的承载力和延性显著低于单向推覆下的；降低钢材屈服点，选用最优波长和临界波形比，合适的波折方向以及增加波折角度，能够有效提高往复加载下的抗侧承载能力。提出了滞回性能优化选型建议，能够实现波折墙板面内剪切屈服的抗侧机制，使内嵌波折墙板达到良好的抗侧承载力、延性和耗能能力。     

钢筋混凝土剪力墙板的剪切滞回性能试验研究

为提高低矮钢筋混凝土剪力墙板的数值模拟精度,完善混凝土在循环荷载作用下的剪切本构理论,进行6个钢筋混凝土剪力墙板的循环剪切试验,研究配筋率及钢筋角度对钢筋混凝土剪力墙板在循环剪切应力作用下滞回性能及累积耗能能力的影响,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、累积耗能能力等。试验结果表明：所有试件均发生剪切破坏模式。配筋率对钢筋混凝土剪力墙板的抗剪承载力有一定影响,对其变形能力影响不明显。钢筋角度对钢筋混凝土剪力墙板的滞回曲线有显著影响,分布钢筋与剪力墙剪切斜裂缝夹角越小,其滞回曲线越饱满,累积塑性剪切角、累积延性比、等效黏滞阻尼比及累积塑性耗能系数越大,但其初始剪切刚度反而越低。该文的试验结果可为完善混凝土的本构理论提供参考。     

竖向加劲钢板剪力墙试验研究

为研究加劲肋和竖向荷载对钢板剪力墙受力性能的影响,分别对1榀和2榀竖向加劲钢板剪力墙进行推覆和往复试验,其中往复试验中以有限竖向荷载为控制变量。通过考察剪力墙板变形性能以及竖向加劲肋的整体屈曲及局部屈曲,得到试件的推覆曲线和荷载-位移滞回曲线,并基于试验结果分析试件承载力、抗侧刚度和耗能能力等力学性能。结果表明:有限竖向荷载对竖向加劲钢板剪力墙的屈曲荷载、抗侧刚度和耗能性能影响较大,对屈服荷载和极限承载力影响较小;并给出了竖向加劲肋和侧边加劲肋的门槛刚度系数值。     

型钢混凝土T形截面剪力墙抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土T形截面剪力墙的抗震性能,对3个剪跨比为2.2的T形截面剪力墙进行了拟静力试验。通过改变试件的轴压比,研究其在水平往复荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性以及耗能能力等。试验结果表明：T形截面剪力墙的破坏形态为无翼墙腹板端约束边缘构件底部混凝土被压碎的受弯破坏;剪力墙的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象,具有良好的耗能能力;位移延性系数在2.3~4.1之间,且随轴压比的增加,剪力墙变形能力降低;在水平正负向加载时T形剪力墙刚度、承载力及延性呈非对称,翼缘受拉相对翼缘受压时承载力高,刚度大,延性小,需合理设计腹板无翼缘侧约束边缘构件,防止其受压时提早破坏。     

多层多跨钢板剪力墙水平极限承载力分析

通过相关文献的钢板剪力墙试验数据验证了使用等效拉杆模型并利用SAP2000有限元软件进行Pushover分析计算多层钢板剪力墙水平极限承载力方法的正确性。利用试验验证的有限元分析方法分别研究了4层单跨钢板剪力墙和4层3跨钢框架-钢板剪力墙双重抗侧力体系在倒三角型分布的水平荷载作用下剪力墙板高厚比的变化对结构水平极限承载力的影响,并与相应纯框架的结构性能进行了比较,建议剪力墙板的高厚比取为250~300,这为钢板剪力墙的设计提供了理论依据。     

钢筋混凝土自复位剪力墙抗震性能试验研究

自复位剪力墙是通过无黏结预应力钢绞线将预制墙板与预制墙板/基础连接成整体,其震后恢复能力良好。通过1个现浇钢筋混凝土剪力墙试件和3个自复位剪力墙试件的拟静力试验,研究了地震作用下自复位剪力墙的破坏特征、滞回性能、自复位特性及耗能能力等。研究结果表明：与现浇剪力墙相比,自复位剪力墙震后残余变形较小,破坏轻微,易于修复;自复位剪力墙滞回曲线捏拢明显,滞回环呈旗帜形;随着弯矩贡献比的增大,试件的自复位能力逐渐提高,但耗能能力有所下降。     

两边连接薄钢板剪力墙抗侧力性能研究

为了研究两边连接薄钢板剪力墙的抗侧力性能,以钢板高厚比(400、611)和高宽比(0.61、1.10、1.57)为参数,设计6个两边连接薄钢板剪力墙试件,对其进行水平低周反复荷载试验,研究试件的滞回性能、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等性能。试验结果表明,随着钢板高厚比和高宽比的减小,试件的抗侧刚度、承载力和耗能能力明显提高,高宽比对承载力影响较大;各试件屈服时的位移角在1/200~1/160之间,极限位移角均大于1/50,位移延性系数均大于5,具有较好的延性,高宽比和高厚比对屈服位移角的影响较小。利用有限元方法对各试件进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好,随钢板高宽比减小,拉力带的有效宽度增加,承载力和抗侧刚度增大。     

侧边加劲两边连接钢板剪力墙滞回性能分析

两边连接钢板剪力墙侧边由于受压屈曲产生较大变形,削弱其承载力和耗能能力。在两侧边采取加劲措施可以增强两侧边的稳定性,并在一定程度上提高承载能力和耗能能力。采用ANSYS有限元软件对侧边理想加劲的两边连接钢板剪力墙进行滞回分析,研究在理想加劲情况下,加劲肋对两边连接钢板剪力墙受力模式、承载能力和耗能能力的影响。分析结果表...     

双波形钢板剪力墙滞回性能研究

为研究双波形钢板剪力墙的滞回性能,利用有限元软件ABAQUS分别建立单波形钢板剪力墙与双波形钢板剪力墙的有限元模型,对2种波形钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,研究了内嵌波形钢板的设计参数对双波形钢板剪力墙滞回性能的影响规律,给出了波形钢板设计参数的取值建议。结果表明:与单波形钢板剪力墙相比,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力及耗能能力均提高,但其延性有一定程度的降低; 内嵌波形钢板的厚度与波形几何尺寸是影响双波形钢板剪力墙滞回性能的关键参数,随着厚度的增大,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力、耗能能力及延性均提高; 随着波长的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度提高,但承载能力及耗能能力降低; 随着波幅的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度降低,但承载能力及耗能能力均提高。     

两边连接钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

对两边连接钢板-混凝土组合剪力墙和两边连接钢板剪力墙进行了拟静力试验,研究了组合剪力墙在反复荷载作用下的力学性能,分析了混凝土板对组合剪力墙承载力和耗能能力的影响。采用有限元软件ANSYS分析了两边连接钢板-混凝土组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢板剪力墙和组合剪力墙均表现出良好的延性;组合剪力墙中混凝土板的存在明显提高了其承载力和耗能能力,有效限制了钢板的平面外屈曲变形;在文中分析的参数范围内,当混凝土板厚度超过一定限值时能有效限制钢板的平面外变形,两边连接钢板 混凝土组合剪力墙的承载力主要与跨高比有关,随着跨高比的增加,组合剪力墙的承载力逐渐提高。     

Hysteretic analysis of thin steel plate shear walls

Thin steel plate shear walls (TSPSWs) are especially concerned due to the economic factor and excellent energy dissipation capacity. TSPSWs commonly define as steel plate with height-to-thickness ratio over 300. The post-buckling capacity, deformability and energy dissipation capacity of TSPSWs are now accepted by structural engineers. This brings about evident economic benefit. This paper presents a finite element analysis of TSPSWs under cyclic loading. The calculated results are compared with experimental results to validate its accuracy. Then based on the finite element model, the influence of height-to-thickness ratio and span-to-height ratio on the hysteretic behavior of TSPSWs is analyzed. Also, the influence of column moment rigidity on the development of tension field is studied. At last, a new simplified Combined Strip Model is introduced which is suitable for the hysteretic analysis of TSPSWs. Based on the Combined Strip Model, a formula for calculating shear strength is proposed, which considers the compression effects of TSPSWs.     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙低周往复荷载试验研究

为解决现有钢板剪力墙对边缘梁柱附加弯矩大、震后留有较大残余变形等问题,设计并加工由两根自复位耗能支撑和一片两边连接钢墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙(SPSW-SCEDB)试件,并对其在低周往复荷载作用下的承载力、耗能能力及自复位能力进行试验研究,分析墙板与支撑之间的协同作用关系。研究结果表明：SPSW-SCEDB呈现饱满的旗形滞回曲线,墙板与自复位耗能支撑以并联关系共同承担水平荷载,消耗输入能量;加载位移较小时,SPSW-SCEDB承载能力主要由墙板提供,随着加载位移的增大,自复位耗能支撑的承载力贡献逐渐增大并超过墙板的承载力;SPSW-SCEDB的耗能主要由墙板提供,自复位耗能支撑为系统提供补充耗能,系统的耗能能力相较于其墙板单独加载时的耗能能力有所削弱;当自复位耗能支撑的设计剩余恢复力大于墙板的受压承载力时,SPSW-SCEDB的残余变形角小于0.2%,具有良好的自复位能力。     

自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能研究

为改善自复位钢板剪力墙结构中由钢板墙对框架柱的附加弯矩造成的框架柱截面尺寸增大及平钢板剪力墙过早屈曲导致的承载力下降的情况,提出一种采用侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙的自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙,通过对其各组成部分的力学特性进行分析得到自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的恢复力模型及影响其可恢复性的关键点和参数....     

Behavior of steel plate shear wall connected to frame beams only

This paper presents the study of steel plate shear walls which are connected to frame beams only. As the shear walls are not connected to frame columns, the premature failure overall buckling or local buckling of frame columns can be prevented. In fact, most of both structural design engineers and architects prefer this kind of steel plate shear walls because the dimension of their opening space is relatively flexible by using several steel plates with small span-to-height ratio placed parallel to each other. In this paper, two steel plate shear walls were fabricated and tested. The influence of stiffeners on the hysteretic behavior of this kind of member was studied. The experimental results showed that this kind of specimen had good ductility and energy dissipation capacity. The energy dissipation capacity of specimen with stiffeners was larger than that of the specimens without stiffeners. Meanwhile, the finite element method was applied to analyze the behavior of steel plate shear walls, whose results were validated by comparing with the corresponding experimental results. Analytical results showed that the free edges deformed with evident out-of-plane deformation and should be constrained by stiffeners to meet the design requirements. The energy dissipation capacity is much better for steel plate shear walls with lower height-to-thickness ratio and larger span-to-height ratio. At last, the skeleton curve of steel plate shear wall was proposed for calculating the elastic rigidity and load-carrying capacity.     

超薄加劲钢板剪力墙受剪性能试验研究及数值分析

对于超薄加劲钢板剪力墙,由于钢板超薄,采用传统焊接工艺将导致严重的焊接变形,故需要采用改进焊接工艺,即将钢板墙在加劲肋处断开,进行弯折组合后焊接并形成加劲肋。为研究采用改进焊接工艺完成的超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能,进行了足尺试件的受剪性能试验,研究了钢板墙的受剪破坏形态、滞回特性、承载能力及耗能能力等,验证了在竖向加劲肋位置采用的改进连接构造及焊缝工艺满足受剪承载力要求,并对不同钢柱截面、不同墙宽高比对钢板墙受剪性能的影响进行了对比分析。结果表明：采用改进工艺的钢板剪力墙满足受剪承载力要求且具有稳定的耗能能力,随着钢柱截面积增大,钢板墙的侧移刚度、峰值荷载均有所增加,相应的极限位移、耗能能力有所下降;随着墙宽高比减小,钢板墙的侧移刚度、屈服荷载、峰值荷载均相应降低,相应的极限位移、耗能能力有所提高。采用通用有限元分析软件ANSYS对超薄加劲钢板剪力墙的受剪性能试验进行了数值模拟,有限元结果与试验结果总体吻合良好,有限元分析可以很好地模拟超薄加劲钢板剪力墙的全受力过程和破坏模式。