高层剪力墙抗震理论发展——从高强高刚到震后可恢复设计

剪力墙是重要的抗侧力构件,主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载,防止结构剪切破坏,对高层及超高层建筑的抗震具有重要的意义。传统的剪力墙墙身较厚,自重较大,在大震作用下容易表现出不良的性能,破坏后难以修复或修复费用很高。近些年来,抗震设计已从最开始的追求高强高刚,向刚柔并济转化,剪力墙的设计也随之向抗耗相协发展。本文综述了不同剪力墙的设计理念,特点及研究进展,并对新型抗震剪力墙的设计提出了展望。

带可更换阻尼器的竖向波形钢板剪力墙及组合墙抗震性能试验对比研究

为研究一种新型带有可更换阻尼器的波形钢板剪力墙及组合剪力墙的抗震性能,对该波形钢板剪力墙及组合剪力墙试件进行低周往复初次加载及阻尼器更换后二次加载.从试件的抗侧承载力、变形和耗能能力、破坏形态,阻尼器的变化等方面,对波形钢板剪力墙和组合剪力墙进行了相互对比,及各自加载前后的自身对比.分析了新型剪力墙试件变形和耗能能力,承载力退化,刚度退化的情况.研究结果表明:钢板剪力墙与组合剪力墙在初期加载时滞回曲线几乎重合,抗震性能接近.更换阻尼器二次加载时,钢板剪力墙初次屈曲部位在加载过程中发生应力集中,变形持续加剧,引起结构承载力严重劣化.而组合剪力墙因钢板外混凝土的包裹,初次加载中未发生屈曲,更换墙趾耗能构件后剪力墙整体抗震性能有一定提升.

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大。此后,在CPCSW的墙趾处安装了刚度匹配的拉压型可更换波形钢板阻尼器,得到了可恢复波形钢板组合剪力墙RCPCSW,并对其进行罕遇地震作用下的抗震性能试验,结果表明,RCPCSW在承载力与刚度下降不多的条件下,能减小剪力墙应力,将塑性应变集中于可更换阻尼器的耗能腹板上。对RCPCSW已损坏的阻尼器进行更换,重新加载至结构破坏,结果显示,RCPCSW再次加载时各项抗震性能曲线与初次加载基本一致,证明RCPCSW在罕遇地震作用后可通过更换墙趾阻尼器使抗震性能快速恢复。通过有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,骨架曲线与试验结果接近,说明有限元模型具有一定的可靠性;通过von Mises应力云图及PEMAG等效塑性应变云图对结构受力状态进行分析,说明阻尼器可集中应力及塑性应变,减小主体结构的损伤,使主体结构可在低损伤状态下经历多次地震而保持正常工作状态,提高主体结构抗震韧性。

波形钢板剪力墙内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器刚度匹配关系研究

为了研究内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器的刚度匹配关系对波形钢板剪力墙抗震性能的影响,设计了1个带阻尼器的钢板剪力墙试件,针对更换阻尼器前后的试件进行了两次拟静力加载。试验结果表明:阻尼器腹板厚度过大使内嵌钢板先于阻尼器腹板发生变形,导致剪力墙试件耗能能力不能充分发挥;降低阻尼器腹板厚度,可以提高剪力墙的耗能能力,但其承载力下降。证明内嵌钢板与阻尼器的刚度匹配关系对剪力墙的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能有关键影响。为了探究两者的合理匹配关系,通过ABAQUS有限元软件建立32个模型进行数值模拟,通过改变阻尼器腹板厚度、内嵌钢板的波纹肋方向和钢板厚度来改变阻尼器与内嵌钢板的匹配刚度,对比数值分析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,波纹肋沿水平方向使试件承载力下降较大;波纹肋沿竖直方向,内嵌钢板厚度和阻尼器腹板厚度分别为5,6 mm时,试件承载力较高、延性较好,抗震性能较好。