装配式分块连接钢板剪力墙抗震性能研究

钢板剪力墙结构墙板的板幅一般较大,厚度又较薄,这增加了其运输吊装难度和建造成本.为降低钢板剪力墙的制造和施工难度,工程中一般对墙板进行分块拼装处理.为了研究墙板分块拼接处理对钢板剪力墙结构抗震性能的影响,本文开展了2个单层单跨1∶3比例的装配式钢板剪力墙试件的拟静力试验研究,试件的墙板分别采用完整钢板剪力墙和竖向分块拼接钢板剪力墙.通过试验研究对比了二者的破坏机制和滞回性能,探究了竖向分割对墙板各项抗震性能指标的影响.利用试验验证的有限元分析模型,对实际工程中分块装配式钢板剪力墙可能出现的螺栓欠、漏拧问题进行了分析,探究了不同欠拧比例对装配式钢板剪力墙抗震性能的消减作用.试验和数值模拟研究表明:相比于完整钢板剪力墙,分块装配式钢板剪力墙降低了结构的刚度和承载力,屈服承载力降低8.87%,刚度最大降幅16.03%.分块装配式钢板剪力墙中部螺栓的欠、漏拧将不同程度降低整个钢板剪力墙结构的初始刚度、屈服承载力和耗能能力.由于拼接盖板起到一定加劲作用,分块装配式钢板剪力墙面外变形量相比于完整钢板剪力墙面外变形量低了43.48%.分块装配式钢板剪力墙的中部拼接节点位置高强度螺栓在完全漏拧状态下,初始刚度降低35.42%,屈服承载力降低20.77%,耗能能力降低26.76%.

FRP-钢复合板剪力墙力学性能试验研究

为进一步提高钢板剪力墙的力学性能,文章将纤维增强复合材料(FRP)引入钢板剪力墙结构体系中,形成一种FRP-钢复合板剪力墙结构。复合板提升的拉力场效应,增加墙-框连接节点的设计难度,受剪墙板在框架-墙板连接节点部位容易发生局部破坏。为解决这一问题,提出增强复合板螺栓连接节点抗剪设计与构造方法,并通过9个复合板螺栓连接节点抗剪试验,探究复合板螺栓连接的破坏模式,验证设计方法的有效性。为验证采用增强复合板螺栓连接节点的FRP-钢复合板剪力墙的抗震性能,完成2个1/3缩尺的单层单跨钢板剪力墙试件的拟静力试验,墙板分别采用复合板和纯钢板,为充分发挥FRP的受拉承载能力,在钢板两侧沿对角度方向各粘贴一层单向CFRP纤维布,两层布的纤维相反方向布置,在墙-框节点连接区采用增强复合板螺栓连接节点,通过对比探究复合板剪力墙的抗震性能指标、破坏顺序和破坏模式。研究表明,墙-框复合板螺栓连接节点铺设CFRP能够提高节点抗剪承载能力,其中增设CFRP 90°铺层能够改善只有45°铺层复合板承载力的突降,提高节点的延性。复合板剪力墙表现出明显的三阶段受力特征:弹性阶段(阈值层间位移角0.4%),前期承载力由弹性模量控制,随后逐渐转变为屈曲强度控制,提升作用随位移增大逐渐降低;塑性阶段(阈值层间位移角1.5%),FRP对钢板的承载力和刚度实现明显的增强作用,呈现上升趋势,同时提升了钢板墙的耗能能力,控制了墙板的面外变形,承载力最大提升30%,刚度最大提升31%;破坏阶段(阈值层间位移角3%),FRP对钢板的承载力和刚度提升作用逐渐降低,随后FRP断裂,复合板剪力墙退化为纯钢板剪力墙结构。

半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能试验研究

为研究半刚性框架-防屈曲钢板墙结构的抗震性能和传力机理,通过一榀1∶3比例单跨双层的半刚性框架-预制混凝土板防屈曲钢板墙的低周往复荷载试验研究,研究节点刚度与防屈曲墙体的相互影响效果,获得承载力、刚度、耗能和节点转动能力等指标。试验结果表明:该种结构具有优越的耗能能力,节点刚度退化小,墙板的设置显著降低节点区自身的延性和应力要求,半刚性框架和墙板协同工作良好;防屈曲构件的设置可改善钢板的实际受力,提高墙体的承载力及刚度,有效克服滞回曲线的"捏缩"现象,避免薄板墙的噪音及震颤,半刚性框架承担25%的水平剪力,试件面内呈弯剪破坏模式。研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据。

美日中高压电气设备地震动力反应放大系数比较研究

为研究我国电力设备抗震设计规范中关于电气设备动力反应放大系数条款的适用性,以美国变电站抗震设计推荐实施规程(IEEE 693—2005)、日本电气设备抗震设计指南(JEAG 5003—1980)和中国电力设施抗震设计规范(GB 50260—1996)为研究对象,从规范的适用条件、参数取值和影响因素等方面,综合对比美、中、日三国规范电气设备动力反应放大系数选取时的异同点,通过选用几种具有代表性的电气设备作为算例,利用有限元软件对其进行时程分析。研究结果表明:对于自振频率较低、自身重量较大的电气设备,可按我国电力设施抗震设计规范的要求进行设计;而对于自振频率较高,重量较小的电气设备,我国GB 50260—1996相应条款的适用性则有待进一步商榷。结合国外先进的抗震设计理论,提出完善我国相关电气设备动力反应放大系数规范条款的修订建议。

密肋网格防屈曲钢板剪力墙结构性能试验研究

为了研究密肋网格防屈曲构件对钢板剪力墙结构性能的影响,对设置防屈曲构件和不设置防屈曲构件的两榀三层钢板剪力墙结构进行了拟静力试验研究。对比分析两种结构的滞回性能,破坏模式,以及承载力、耗能和刚度等力学性能指标。研究表明:在不考虑肋条对内填板嵌固的基础上,需对密肋网格防屈曲钢板剪力墙肋板间距以及肋板刚度进行构造设计;相比于不设置防屈曲构件的钢板剪力墙,密肋网格防屈曲钢板剪力墙结构,避免了结构滞回环体的捏缩现象和墙板的整体呼吸效应,极大减弱了墙板的声响和震颤现象,降低了边框柱的破坏程度;墙板破坏为小区格内板件和边缘板件的局部屈曲,肋板未发生破坏;设置防屈曲构件结构的承载力和耗能量分别提高24%和20%,位移延性系数降低28%。

圆竹的力学性能及影响因素研究

为了获得圆竹的主要力学性能及其影响因素,完成了6组共计51个试件的试验研究,获得了圆竹的抗压强度、环刚度以及抗弯强度等力学性能,研究了含水率、竹节和取材单元对上述力学性能的影响.结果表明:竹材顺纹抗压强度分别为弦向横纹和径向横纹抗压强度的2.7倍和4.0倍;竹节的紧箍作用有效提高了圆竹的环刚度,节部材较节间材提高90%;竹节对竹材的抗压强度具有一定的提高作用,节部材较节间材提高6.3%;含水率对圆竹抗压强度和抗弯强度有较大影响,但其影响趋势不同.圆竹的抗压强度随竹材含水率降低而增加,含水率降低40%时抗压强度提高约20%,而其抗弯强度随竹材含水率的降低而降低,在挠度相同的前提下,抗弯强度下降约20%.

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。

无侧移半刚性框架柱的稳定分析

基于现行钢结构设计规范GB50017-2003中柱计算长度的概念,利用柱子框架模型,引入梁线刚度修正系数和柱的相对线刚度比,应用梁柱理论建立了可以同时考虑柱端和梁端不同连接条件的无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。基于上述修正公式,提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:利用弯矩-转角曲线的初始切线刚度确定的切线连接刚度。研究表明,三柱子模型,当柱远端铰接时,按GB50017附录D表D-1得到的计算长度系数设计柱是不安全的,最大误差13.0%,当柱远端固接时,偏于保守,最大误差21.9%;连接刚度的简化方法误差控制在3%以内,具有很好的实用性和精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接框架的稳定设计。

半刚性节点框架-钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究半刚性节点框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,通过一榀1:3比例单跨3层半刚性节点框架-钢板剪力墙的拟静力试验,研究了半刚性框架与墙体的相互影响,探究了结构的破坏顺序和破坏模式,分析了结构的承载力,刚度,耗能能力等抗震性能指标.试验结果表明:该结构具有良好的耗能能力,半刚性节点框架和墙板协同工作良好,结构的破坏顺序为内嵌钢板屈曲、屈服—边缘构件屈服—内嵌钢板撕裂—边缘构件屈曲—节点转动—边缘构件弯扭失稳、节点塑性破坏.

腹板双角钢连接框架-非加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对一榀1/3比例的单跨两层梁柱腹板双角钢连接框架-非加劲薄钢板剪力墙结构进行了水平低周往复加载试验研究。从承载力指标、刚度指标、延性指标、消能指标、破坏顺序和破坏模态以及连接节点的受力变形性能对试件作出评价,探究节点刚度与墙体的相互影响效果。结果表明:试件具有较高水平承载力和初始抗侧刚度,试件延性良好。结构具有理想的屈服顺序,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制。节点刚度退化小,且内填钢板的设置缓解了节点区自身的延性要求。研究为半刚性框架-钢板剪力墙结构体系的工程应用和理论分析提供依据。

考虑轴压作用下钢板剪力墙结构边框柱稳定性研究

在钢板剪力墙结构边框柱的柔度系数ωt的推导过程中未考虑稳定理论,最小惯性矩要求仅能控制边柱平面内的稳定性,而平面外的稳定性很难得到保证,并且推导未考虑结构自重等传递的竖向荷载对框架的不利作用。本文结合等效负刚度和拉力场机制份额的概念,研究了同时考虑轴压和剪切作用下结构边框柱平面内的柱柔度限值要求。同时结合稳定等效的方法给出了钢板剪力墙结构边框柱平面内、平面外稳定性的校核方法。研究表明,当考虑框架柱承担竖向荷载时,建议框架柱轴压比控制在0.3以下,柱柔度限值小于等于2.1,框架柱平面内的稳定性可以得到保证,但平面外的稳定性要重新校核。

部分组合框架-钢板剪力墙边框柱设计方法研究

该文通过对部分组合框架薄钢板剪力墙结构的试验,发现其内嵌钢板破坏顺序为初始对角屈服、统一屈服和应变硬化三个阶段。引入部分组合柱后,有效改善了传统钢柱的弯扭失稳破坏模式,部分组合框架柱破坏模式为柱顶和柱底形成塑性铰的强度破坏。基于“强框架、弱墙板”的设计理念,该文根据叠加原理确定了统一屈服阶段和应变硬化阶段部分组合柱内力计算原则,提出了适用于部分组合框架-薄钢板剪力墙框架柱的设计方法。通过有限元验证表明:该设计方法能够有效地预测底层受压柱的破坏模式及其塑性铰出现的位置,能够为合理的钢板墙边框柱设计提供理论依据。

钢板剪力墙结构边框柱的稳定性研究

钢板剪力墙结构是一种新型经济高效的抗侧力体系,由钢框架内嵌钢板组合形成。钢板剪力墙结构的边框柱在附加弯矩作用下常产生"沙漏"这种不良的破坏模式,为此加拿大CAN/CSA(S16-01)规范依据薄腹梁理论柔度系数ωt给出了钢板墙结构边框柱的最小惯性矩要求。薄腹梁理论适用于极薄板,而我国规范和实际应用中多选用厚板墙或加劲墙,板厚往往处于中厚板范畴,柔度系数ωt的适用性有待讨论。本文结合经典的边框柱柔度限值推导过程,利用承载力和应力均匀性两种评价方法,对CAN/CSA S16-01规范给出的柱柔度限值小于或等于2.5的适用性进行了验证。基于通用高厚比的概念给出了钢板剪力墙结构的弹性抗剪承载力,同时采用拉力场机制份额考虑了内嵌钢板厚度的影响,修正了柱柔度系数。研究结果表明钢板墙宽高比较大时,CAN/CSA S16-01规范限值不满足要求,柱柔度限值应缩小到2.1,对应边框柱的惯性矩要求应扩大为S16-01规范限值的2倍。

密肋网格约束型钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究密肋网格约束型钢板剪力墙结构的抗震性能,通过对一榀密肋网格约束型钢板剪力墙结构的拟静力试验研究,获取了结构的滞回曲线、骨架曲线及各阶段荷载和位移值.试验分析了结构的破坏模式,滞回性能、延性、承载能力及耗能等抗震性能指标.试验结果表明:密肋格板将钢板分成小区格板件,减小了墙板的高厚比,有效规避了薄板墙的声响和震颤现象,避免了滞回环体的捏缩现象,降低了边框柱的破坏程度.墙板变形以小区格板件的局部屈曲为主.

钢板剪力墙等代模型动力性能的适用性研究

钢板剪力墙结构等代模型的验证多基于拟静力分析或单调荷载试验或者精细模型,通过对比分析确定其有效性,但等代模型的动力时程分析有效性有待进一步研究。选取一个单跨4层的非加劲钢板剪力墙结构为基本模型,采用壳单元精细模型对其进行时程分析,并将其与多种简化等代模型分析结果进行比较。研究结果表明:拉杆条模型(SM)和多角度拉杆模型(MASM)在动力作用下的效应与精细模型差异很大;统一拉杆条模型(USM)适用于墙板高厚比低于200的情况;混合杆系模型(CSM)不仅能够准确预测钢板墙体系振动过程中的位移和加速度响应,而且能够估计钢板墙边框架内力,是一种有效的等代模型,具有用于实际设计计算的潜力。

钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究

为研究半刚性框架与钢板剪力墙结构内嵌墙板间的相互作用性能,完成了一榀1∶3比例单跨3层半刚性框架钢板剪力墙结构低周反复荷载试验研究。获得了结构的抗震性能和破坏模式,探究了框架梁、柱、墙板及梁柱节点的局部力学性能,分析了结构的破坏顺序和构件间的传力机理。研究结果表明:该结构具有良好的塑性变形能力和抗震性能,半刚性框架和墙板协同工作良好,结构安全储备较高。内嵌墙板的设置缓解了节点区自身的延性要求,框架承担95%以上的倾覆弯矩,水平荷载由双重抗侧力体系承担,内嵌墙板作为主要抗侧力构件承担约75%剪力。试件整体面内呈弯曲破坏,但是后期钢框架柱面外弯扭较大。通过有限元分析,研究了柱柔度系数、钢板高厚比和梁柱连接特性对钢板剪力墙结构性能的影响。框架梁柱连接刚度对结构体系承载能力的影响与柱的刚度和内嵌墙板的厚度有关。这种影响随着柱刚度增加和内嵌墙板厚度减小而增大。柱的柔度系数为2.5时,柱整体无明显的内凹变形,此时梁柱节点铰接连接更改为刚性连接时,试件承载能力增加小于10%。

半刚性节点钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构的数值分析

为了研究半刚性节点钢框架-加劲钢板剪力墙结构体系的抗震性能和传力机理,模拟实际框剪结构的底部两层,对一榀单跨两层1/3缩尺半刚性节点钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构进行了抗震拟静力试验研究,在试验模型的基础上,建立了非线性有限元模型,并验证了模型的有效性.考虑影响结构抗震性能的4个主要因素:节点刚度、剪力墙厚度、框架柱的刚度、肋板刚度比,进行了4个系列16个有限元模型的变参数分析.结果表明:降低节点刚度有利于提高结构的延性和耗能能力;增加柱的刚度和肋板厚度可提高结构的初始刚度、承载力和延性性能;增加内填墙板的厚度,将降低试件的延性性能;内填墙板在加载初期非常有效,承担70%～85%的水平剪力,研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据.

半刚接框架-非加劲钢板墙体系抗震试验研究

半刚接钢框架-内填非加劲薄钢板剪力墙结构是一种新型结构形式,它弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能,目前国内外对该新型结构体系性能研究属刚起步阶段,因此对该结构体系的研究具有重要的理论和实际意义。文中对一榀两层单跨梁柱平齐端板连接半刚性框架-内填非加劲薄钢板剪力墙结构进行了低周往复循环加载拟静力试验,在试验中,试件破坏过程缓慢,钢板墙拉力带充分发育,试验得出的滞回环饱满,表明该新型结构体系具有优异的抗震性能,从而为今后对该新型结构体系做更深入的分析研究打下了良好基础。

半刚性框架-密肋网格不同屈服点薄钢板剪力墙时程分析研究

采用有限元软件ABAQUS对内填墙板屈服强度分别为100 N/mm^2、160 N/mm^2和235 N/mm^2的半刚性框架-密肋网格钢板剪力墙进行动力时程分析。对三个模型在大震下的层间位移角、墙板面外变形、应力反应、加速度响应及层间剪力等进行了对比研究。结果表明:大震下屈服点越低的墙板越早进入塑性状态并开始屈服耗能,其层间位移角及相应的平面外塑性变形越大,刚度退化越明显。同时,内填墙板仅出现局部屈曲,且先于周边框架进入塑性阶段,梁、柱及节点未发生明显变形,结构未发生整体面外屈曲,受力模式符合"强框架、弱墙板"的设计理念,密肋网格的设置提高了墙板的面外约束刚度,限制了墙板的平面外变形。

半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙抗震性能研究

在半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙体系中,半刚性框架和内填钢板均具有很好的延性和耗能性能,两者协同工作进行抗侧以防止结构在地震作用下破坏。为深入研究半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙的力学性能,采用ANSYS有限元分析软件对结构进行数值分析,并考察框架节点形式,内填钢板高宽比、高厚比,柱轴压比和肋板刚度比等一系列参数对结构滞回性能的影响。根据内填钢板中心点在循环荷载作用下的面外变形,研究半刚性框架-大高宽比钢板剪力墙的屈曲性能和受力机理。