Topology optimization of shear wall structures under seismic loading

A topology optimization formulation is developed to find the stiffest structure with desirable material distribution subjected to seismic loads. Finite element models of the structures are generated and the optimality criteria method is modified using a simple penalty approach and introducing fictitious strain energy to simultaneously consider both material volume and displacement constraints. Different types of shear walls with/without opening are investigated. Additionally, the effects of shear wall-frame interaction for single and coupled shear walls are studied. Gravity and seismic loads are applied to the shear walls so that the definitions provide a practical approach for locating the critical parts of these structures. The results suggest new viewpoints for architectural and structural engineering for placement of openings.

两边连接竖向加劲式钢板剪力墙试验研究

通过对两个1:3的两边连接竖向加劲式钢板剪力墙试件进行低频往复循环加载,研究了结构的初始刚度、滞回性能、承载能力以及破坏机理等性能指标,从而对结构的抗震性能进行了评估.试验研究表明,两边连接竖向加劲式钢板剪力墙作为抗侧力构件承担了大部分侧向力,在弹性阶段产生了预期的屈曲破坏,主要表现为角部钢板的撕裂和鼓曲;在钢板墙破坏后期可以观察到在对角线方向形成了明显的拉力带.因此,非常适合在地震高烈度区进行推广.

三层三跨钢框架-钢板剪力墙抗震性能试验

两边连接竖向加劲钢板剪力墙是一种新型的结构形式.为了探讨钢板墙与钢框架的协同作用机理,寻求钢板墙、梁、柱合理的刚度匹配,对钢板剪力墙布置位置不同的两个1∶3的三层三跨试件进行低周往复循环加载,观察和总结结构的协同作用机理;通过屈服点、极值点、延性系数、滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、割线刚度等力学性能指标衡量其抗震性能,并且比较了钢板墙分布位置对结构的影响.试验证明,这种新型的结构形式有着优越的抗震性能,特别适合在地震高烈度区进行推广.

钢框架短肢组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

以适用于小高层建筑的钢框架短肢组合钢板剪力墙结构初步试验结果为基础,遴选出以角钢和面外墙板共同约束的组合剪力墙结构.以该型组合剪力墙结构为研究对象,针对内嵌钢板宽厚比、面外墙板约束、钢板边界约束3个因素进行了优化分析,并对优化后的结构进行了低周往复加载试验.结果表明,合理优化该型组合剪力墙结构可有效提高结构整体的抗震耗能能力,在模型整体高度和跨度相同的情况下,滞回曲线更加饱满,延性比提高约7.7%,弹性抗侧刚度提高约49%,耗能能力提高约62%.

约束剪力墙对SRC框排架结构破坏模式及耗能性能的影响研究

通过SRC框排架模型结构拟动力试验、伪静力试验以及结构中典型SRC异型节点的伪静力试验,研究约束剪力墙对结构破坏模式与耗能性能的影响。结果表明:剪力墙能够起到第一道抗震防线的作用,形成利于抗震的破坏模式;薄弱部位随着地震作用的增强由煤斗层、运转层到底部两层下移;结构的荷载-位移滞回曲线比较饱满,耗能性能较好;剪力墙对结构中SRC异型节点的裂缝开展具有很好的约束作用,沿纵横向同时布置约束剪力墙能够改善该类节点的破坏模式;约束剪力墙可明显提高SRC异型节点的耗能性能、承载能力与延性性能。该研究可为推广应用SRC框排架结构体系提供基础研究资料。

核心筒钢板剪力墙防变形工艺研究

主要是针对超高层核心筒钢板剪力墙施工防变形工艺的研究,从实际应用及理论出发,通过对超长超宽钢板剪力墙出厂成品保护、焊接过程中支撑、约束板等防变形措施的加设、焊接顺序和焊接方法的研究来达到减小变形的目的,从而提高施工质量,减少校正频率,实现质量和进度双赢的目标。

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。

全钢防屈曲钢板剪力墙抗震性能模型试验

针对约束板厚度对全钢防屈曲钢板剪力墙结构体系抗震性能的影响问题,对不同厚度约束板的全钢防屈曲钢板剪力墙进行了低周往复荷载试验,研究了剪力墙的受力特点与破坏模式,分析了约束板厚度对剪力墙的承载力、刚度、耗能能力的影响规律.结果表明:约束钢板对内嵌板具有一定屈曲抑制作用,剪力墙的刚度退化趋势较为平稳;随着约束板厚度的增加,局部贯通的褶皱明显减少;增加约束板厚度能够显著提高剪力墙的屈服荷载和极限荷载,在加载后期,承载力退化加速.

RPC面层加固约束空斗墙参数分析和抗震承载力研究

为弥补空斗墙抗震性能差和发挥活性粉末混凝土(RPC)的超高韧性,对1片未加固处理的空斗墙和2片由RPC面层加固处理的空斗墙分别进行拟静力试验,并结合有限元对三组试验进行参数分析。得出影响墙体抗震性能的主要因素有:墙体构造柱尺寸、轴压比、RPC单双面加固以及面层加固厚度。根据试验和有限元所得到的破坏特征,结合圈梁-构造柱对墙体的约束作用,引入等效受压斜撑模型,并量化圈梁-构造柱对墙体约束效应。基于圈梁-构造柱与墙体、RPC面层与被约束的墙体的协同受力特性,建立约束墙体及面层加固体墙的抗剪承载力的计算式。

薄壁钛管差温剪切弯曲减薄及扁化特性实验研究

目的管材差温剪切弯曲成形技术,是实现极小弯曲半径(中心线弯曲半径小于管径)薄壁钛管制造的新型技术。管材的减薄及扁化特性,是实现该过程成形质量精确控制迫切需要解决的关键问题。方法采用实验方法,研究了工艺参数对TA2薄壁钛管差温剪切弯曲过程减薄和扁化的影响。结合响应面法,获得了实验条件下的弯管成形极限。结果管模间摩擦越大,或弯曲行程H越大,或外圆角半径r_o越小,管材减薄和扁化均越大。结论内圆角半径r_i=4.00 mm,外圆角半径r_o=14.15 mm是管材最佳的弯曲半径匹配,H∈[30 mm,32 mm]能够保证管材稳定成形。

预制装配式剪力墙结构连接技术的应用要点分析

预制装配式剪力墙是一种简单方便的建筑方式,可以有效地减少建筑过程中的损耗。通过对预制装配式剪力墙结构中的套筒灌浆连接技术以及约束浆锚连接技术进行了详细分析,并提出了相应的改进建议。

两边连接竖放波折钢板墙内嵌墙板抗侧性能及优化设计

该文基于有限元数值方法,对仅与框架梁相连的竖放波折钢板剪力墙中内嵌墙板的抗侧性能进行研究,并提出优化设计方法。通过与试验结果的对比,验证了有限元模型及分析方法的可靠性,接着在单向推覆下揭示了波折墙板的“强墙板”和“弱墙板”两种典型抗侧机理,研究了波折墙板参数对其单向推覆抗侧性能的影响。随着宽度的增加,波折墙板的低效抗剪区占比减小,抗侧效率提高;墙板波折角度和厚度的增大,能改善屈曲后承载性能;在其他参数确定的情况下,给出了最优波长的计算式。针对侧边存在低效抗剪区的问题,在墙板两自由边设置加劲构件,并给出起充分加劲作用的界限约束刚度比。加劲构件的引入显著提升了墙板的极限承载力和屈曲后承载性能,对于小宽高比的情况尤为有效。接着,对墙板进行滞回分析发现,由于往复加载下面外累积残余变形的影响,“弱墙板”的骨架曲线相比单向加载时明显下降;而“强墙板”面外变形始终较小,抗侧承载性能稳定。基于滞回分析的大量变参数算例结果,提出了两边连接竖放波折墙板的优化选型建议,为初步设计提供了重要参考。

木盖板屈曲约束钢板剪力墙抗震性能有限元分析

以木盖板屈曲约束钢板墙试验模型为基础建立ABAQUS有限元模型,将得到的有限元结果与试验试件的受力特性、承载能力等特征对比验证模型可靠性,并选取木盖板连接螺栓排布方式、木盖板厚度和高厚比等影响结构抗震性能的因素,做参变分析;研究结果表明:木盖板与内填钢板连接螺栓间距减小,结构的极限承载力呈现增大的趋势,木盖板对内填钢板的面外约束作用越明显;高厚比对该结构的影响非常显著,木盖板厚度也是影响钢板墙抗震性能的主要因素.

装配整体式剪力墙结构连接技术的应用研究

近年来国家不断出台建筑产业化相关政策,装配整体式剪力墙结构在工程实践中得以迅速的应用与发展,而预制剪力墙连接技术也成为装配整体式剪力墙结构体系的研究核心。目前,套筒灌浆连接和约束浆锚连接是装配整体式剪力墙结构的两种常见连接形式。通过对这两种连接技术要点的分析和工程实例的应用总结,提出现有钢筋连接技术的改进建议。

现行规范剪力墙轴压比限值的研究和探讨

现行规范中对剪力墙轴压比的计算仅考虑重力荷载代表值的轴向压力作用,基于此概念的剪力墙轴压比限值规定存在值得商榷之处。通过对一个具体工程案例的研究和分析,提出了对剪力墙截面在罕遇地震作用下,应力计算时考虑压弯共同作用的计算方法,将原来控制墙肢轴压比的思路转变为控制墙肢的应力比。采用了三种地震作用计算方式对嵌固端楼层剪力墙进行罕遇地震作用下的墙肢应力计算,根据约束条件和受力条件的不同,每个墙肢选取三个关键部位进行计算。计算结果表明,考虑压弯共同作用的计算方式能更有针对性地控制剪力墙的应力比,即便按照现行规范方式计算的墙肢轴压比已经超过限值,也能确保其在罕遇地震作用下混凝土不被压溃;采用控制罕遇地震作用下墙肢应力比的方法,能够优化墙肢截面,使其混凝土抗压性能得以充分发挥。

木盖板屈曲约束钢板剪力墙抗震性能有限元分析

以木盖板屈曲约束钢板墙试验模型为基础建立ABAQUS有限元模型,将得到的有限元结果与试验试件的受力特性、承载能力等特征对比验证模型可靠性,并选取木盖板连接螺栓排布方式、木盖板厚度和高厚比等影响结构抗震性能的因素,做参变分析;研究结果表明:木盖板与内填钢板连接螺栓间距减小,结构的极限承载力呈现增大的趋势,木盖板对内填钢板的面外约束作用越明显;高厚比对该结构的影响非常显著,木盖板厚度也是影响钢板墙抗震性能的主要因素.

全框支剪力墙结构地基土嵌固效应分析及研究

针对无地下室的全框支剪力墙高层结构嵌固特点,选取一栋B级高度的全框支剪力墙结构建筑,建立地基土-结构三维有限元模型,探究水平地震和风作用下,结构在软基情况及地基处理后的桩顶水平位移。分析表明,在软土情况下,桩顶的水平位移显著,引起桩身附加弯矩不可忽视;同时提出水平作用下的最大桩顶位移与土层的变形模量大致呈y=a·x-b的关系。

考虑边界约束影响的薄壁箱梁剪力滞翘曲应力分析

为了更加客观地反映箱形梁剪力滞翘曲应力分布,借助有限元软件建立箱形梁实体模型,计算并绘制横截面翘曲应力分布图.在此基础上,重新定义了箱形梁各板的翘曲位移模式,同时引入反映翘曲应力自平衡和悬臂板边界约束影响的修正系数.选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,应用能量变分法建立了以附加挠度为未知量的控制微分方程及边界条件,并导出了简支箱梁和两跨连续箱梁剪力滞附加挠度和翘曲应力的解析解.通过简支箱梁和连续箱梁算例,结合空间有限元翘曲应力计算结果确定边界约束修正系数可采用1.4.算例表明,本文方法计算结果与有限元数值解吻合良好.

组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

基于普通混凝土钢板剪力墙的构造形式及受力特点,本文提出了以预制水泥基轻型混凝土板作为钢板两侧保护墙板的新型组合钢板剪力墙。针对预制水泥基轻型混凝土板—钢板组合剪力墙的构造形式、抗侧刚度、抗震性能及破坏特点等方面进行了五个试件的水平推覆试验研究。结果表明,较大宽厚比钢板会产生较大的平面外变形,极限抗剪承载力较低;预制墙板对钢板的抗侧刚度及屈曲荷载都有所提高;钢板的约束形式对结构耗能、钢板屈曲形式及墙板破坏形式有较大的影响。