冷弯薄壁型钢钢管端柱蒙皮钢板剪力墙抗剪性能试验及理论研究

为推动冷弯薄壁型钢结构体系由低层向多层发展,解决传统剪力墙抗剪承载力不足、端柱易发生屈曲和局部承压破坏的技术难题,提出了冷弯薄壁型钢钢管端柱蒙皮钢板剪力墙的新型墙体构造形式,以实现“强端柱、弱墙板”的设计原则。通过水平低周往复加载试验对剪力墙的抗剪性能进行研究,试验结果表明:钢管端柱蒙皮钢板剪力墙的破坏形式为钢板周边螺钉连接破坏导致蒙皮作用失效,钢管端柱未见压屈。减小剪力墙周边自攻螺钉的间距,使钢板拉力带得到充分发展,可提高剪力墙的抗剪承载力、抗侧刚度、延性以及耗能能力。对钢管—钢板自攻螺钉连接试件的抗剪性能进行试验研究,结果表明:螺钉连接试件的破坏特征为钢板的孔壁承压破坏,自攻螺钉群的抗剪承载力具有“群体折减效应”。基于剪力墙和自攻螺钉连接试件的抗剪试验结果,提出了钢管端柱蒙皮钢板剪力墙的抗剪承载力和抗侧刚度的计算方法。研究成果为多层冷弯薄壁型钢结构体系的理论研究和工程应用提供可靠依据。

考虑边框柱竖向荷载影响的加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟

对边框柱承受竖向荷载的加劲薄钢板剪力墙进行了试验研究,完成了2个矩形钢管混凝土柱-加劲薄钢板剪力墙足尺试件的拟静力试验,试件参数考虑了竖向加劲肋等间距和变间距布置2种情况。试验结果表明:在边框柱承受高轴压力的情况下,试件极限位移角达到了1/30,表现出良好的延性和耗能能力。试件的塑性变形主要表现为钢板墙的面外屈曲,满足“强框架弱墙板”的设计理念。竖向加劲肋布置方式对试件抗震性能无明显影响。进一步采用非线性有限元法研究了初始缺陷和轴压比对试件抗侧性能的影响,分析结果表明:墙体的初始缺陷分布模式和面外挠曲幅值对试件推覆曲线的影响很小。当边框柱轴压比大于0.7时,试件的承载力和变形能力有所降低。基于试件表现出的抗剪控制型破坏特点,给出了试件抗剪承载力计算方法,计算值与有限元模拟值符合较好,与试验值相比偏于安全。

通高开洞加劲薄钢板剪力墙抗震性能研究

对2个矩形钢管混凝土框架-通高开洞加劲薄钢板剪力墙足尺试件和1个非开洞墙试件进行了低周往复水平荷载试验。试件设计考虑了边框柱承受轴压力、有无开洞及洞口位置的影响。研究得到了各试件的水平荷载-顶点位移滞回曲线和骨架曲线,在此基础上对试件的破坏模式、承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能指标进行了分析。结果表明,在边框柱承受竖向压力的情况下,试件极限位移角达到1/51~1/29,试件具有良好的延性变形能力。与非开洞墙的斜拉带破坏方式有所不同,开洞墙的破坏始于洞口边缘加劲肋的破坏,边侧开洞试件保有一定的抗剪破坏特征,破坏形态属于弯剪破坏模式,中间开洞试件的破坏形态属于弯曲破坏模式。当洞口尺寸相同时,边侧开洞试件的性能要优于中间开洞试件。推覆分析结果表明,当边框柱的设计轴压比不大于0.7时,试件的塑性变形能力较好。最后建议洞口边缘加劲肋除了满足现行规范给出的刚度要求外,应按竖向受力构件进行承载力验算。对通高开洞钢板剪力墙按壳元建模,此时可仅验算墙体抗剪承载力,同时应对墙体周边竖向构件的轴力乘以1.10~1.15的放大系数。

斜加劲薄壁钢板加固RC框架抗震性能

为探究经内嵌式薄壁钢板和沿主受力际线布置加劲肋加强后钢筋混凝土框架的抗震能力,对不同高厚比钢板加固试件进行低周往复加载试验,并利用ABAQUS建立有限元模型,分析肋板刚度比、高厚比和轴压比对加固试件抗震性能的影响.结果表明:未加强试件在梁端和柱端都出现塑性铰,而加强后试件仅在梁端出现塑性铰,改变了出铰机制,提高了试件抗震性能;设置加劲肋将薄壁钢板分成多个小区格板,边界约束条件增强,有效抑制薄钢板的面外变形,提高薄壁钢板的承载能力和耗能能力;经加固后的试件承载能力和耗能能力提高,刚度大幅提高,破坏时梁柱节点区域保持完好,改善了加固后试件的抗震性能,但采用3 mm和4 mm薄壁钢板加强后的试件抗震性能差比较小;肋板刚度比、高厚比、轴压比对试件的抗震性能均有明显影响.

自攻螺钉连接冷弯薄壁钢板抗剪性能研究

自攻螺钉以良好的连接性能在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中得到应用,为获得采用自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢结构节点的抗剪力学性能和失效模式,文中采用厚度为2mm的冷弯薄壁钢板和ST4.8、ST6.3自攻螺钉,共设计6组18个自攻螺钉抗剪试件,通过对比试验,分析影响自攻螺钉连接冷弯薄壁型钢板抗剪性能的主要因素,结果表明自攻螺钉直径的增加和螺钉端距的变大对试验试件的抗剪性能和失效模式具有明显影响,试验为自攻螺钉在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中广泛应用提供技术支撑.

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的力学性能研究

采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10分别对方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙和非加劲薄钢板剪力墙进行了数值分析,对二者的受力特征、刚度、极限承载力、剪力分配及柱子的受力特征进行了研究。结果表明:当肋板刚度比为30时,十字加劲肋能够提高钢板剪力墙结构的弹性屈曲荷载、极限承载力、初始刚度,降低柱子轴压比对剪力初始分配的影响;在加载的初始阶段(顶点侧移角小于0.2%),钢板剪力墙承担了大部分剪力,随后墙板承担剪力的比例逐渐下降,框架承担的比例逐渐上升,当顶点侧移角达到1%时,框架和钢板剪力墙承担剪力的比例保持不变;方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的滞回环饱满,滞回性能稳定。由于薄钢板墙拉力场作用,方钢管混凝土柱壁易与混凝土发生分离,在设计时应予以注意。

方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对三个1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,研究了梁柱连接为穿心高强螺栓-端板节点和内隔板式节点对试件性能影响,并将方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行对比.得到了试件的破坏形态、滞回曲线、延性、刚度、耗能能力等抗震性能指标,分析了其破坏特征、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载力、抗侧刚度和良好的耗能性能.斜加劲肋能有效限制薄钢板剪力墙面外变形,提高结构初始刚度和承载力,有效减轻滞回曲线"捏缩".穿心高强螺栓-端板节点提高了节点域刚度,延缓了柱壁鼓曲.方钢管混凝土竖向边缘构件确保了薄钢板剪力墙性能充分发挥.

薄钢板剪力墙加固带填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

采用薄钢板剪力墙加固既有钢筋混凝土框架结构是一种简便有效的结构修复方法。为研究采用薄钢板剪力墙加固的带填充墙钢筋混凝土框架结构的抗震性能,对5个缩尺比为1∶3不同形式的两层单跨钢筋混凝土模型进行了水平荷载作用下的低周反复试验,分析了各模型的滞回性能、延性及耗能能力。结果表明,在水平荷载作用下薄钢板剪力墙加固的带有填充墙钢筋混凝土框架结构的水平承载力、耗能能力及延性均得到了明显的提升;与纯框架结构相比,有完整填充墙的框架结构的水平承载力、耗能能力和延性均有所提升,但带洞口填充墙的框架结构的延性并未提高;采用薄钢板剪力墙加固后的带填充墙钢筋混凝土框架结构的承载力和耗能能力均有提高,但延性均有降低,其原因是薄钢板平面内拉力场的作用引起钢筋混凝土框架柱内的剪力明显增加所致。

方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙的滞回性能研究

对1榀单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙进行了低周往复荷载试验,研究了方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙的抗震性能.利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,并对比分析了数值分析结果与试验结果 .构建足尺模型研究了柱子轴压比、加劲肋数量、钢板墙高厚比和柱子柔度系数对方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙滞回性能的影响.结果表明:方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢剪力板墙具有良好的抗震性能.增大轴压比使结构的承载力和延性降低,但对滞回耗能和刚度退化影响较小;加劲肋数量对结构滞回耗能影响较大,但对承载力和刚度退化影响较小;高厚比和柱子柔度系数对结构的承载力、滞回耗能和刚度退化影响较大.

薄钢板剪力墙结构水平反复荷载试验研究

给出了薄剪力墙板拉力带对周边框架梁、柱产生的作用力计算公式,以此设计了试件的原型结构。薄墙板采用建筑结构胶和高强度摩擦型螺栓固定在焊于框架梁柱的角钢连接板上。对三层薄钢板剪力墙结构进行水平反复荷载作用下的试验研究,结果表明:墙板先屈曲,后屈服,屈曲后能继续承受荷载,并形成多条非常明显的斜拉力带;二层墙板最先出现屈服,底层墙板屈服时间最晚;试件破坏时,钢框架柱脚及梁柱连接部位形成了塑性铰,柱脚翼缘严重扭曲,腹板向外鼓曲。墙板发生很大的平面外凹凸变形,并有多个裂口,且在靠近角部梁端处出现撕裂。

自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件受力分析

基于薄钢板剪力墙在目标位移下充分屈服并形成拉力带,对绕梁腹板销轴转动的自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件(中梁和顶梁)进行受力分析。分别对水平边缘构件在钢绞线预应力和薄钢板剪力墙拉力带作用下的受力进行分析,推导了钢绞线在目标位移下的拉伸预应力计算公式;基于薄钢板剪力墙极限破坏形态,研究了薄钢板剪力墙拉力带产生的水平边缘构件端部的轴力和剪力;提出了水平边缘构件的弯矩、剪力及轴力计算公式,明确了水平边缘构件的内力分布。结果表明:水平边缘构件内力公式计算值与有限元分析值吻合较好,可为水平边缘构件的设计提供参考。

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对1个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行低周反复荷载试验。研究方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的抗震性能,得到结构的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等,分析结构的破坏机理、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等。结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载能力、抗侧刚度及良好的延性和耗能性能。方钢管混凝土框架可为薄钢板剪力墙屈曲后性能的充分发挥提供足够锚固,使结构形成"先钢板墙后框架"的破坏机制,实现双重抗震设防目标。与钢框架-薄钢板剪力墙相比,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有更好的延性和抗震性能,是一种优良的双重抗侧力体系。

方钢管混凝土框架-两边连接薄钢板剪力墙力学性能研究

将薄钢板剪力墙与竖向边缘构件分开形成两边连接的薄钢板剪力墙,既具有良好的建筑适用性,又有利于保护框架柱.采用有限元软件ABAQUS 6.10对方钢管混凝土框架-两边连接薄钢板剪力墙和四边连接薄钢板剪力墙进行了非线性数值分析.通过对两边连接薄钢板剪力墙在侧向荷载作用下的受力特点分析,提出了中梁梁端剪力计算公式和钢板墙开洞处中梁腹板厚度设计建议公式.计算结果与数值分析结果吻合很好.基于建议公式的分析模型实现了"弱板强框架、强柱弱梁"的抗震设计理念,实现了双重抗震设防目标.四边连接与两边连接薄钢板墙的抗震性能比较表明,两边连接会明显降低方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的侧向承载力,但仍具有稳定的滞回性能,良好的耗能能力和延性.

三层钢框架-薄钢板剪力墙结构抗震性能试验

目的研究三层钢框架-薄钢板剪力墙结构的破坏模式、滞回性能、承载力和延性等性能,为该种结构体系的工程应用和理论分析提供了依据.方法基于墙板抗剪承载力设计的三层钢框架-薄钢板剪力墙结构在水平反复荷载作用下进行试验.结果在水平荷载作用下墙板先屈曲,后屈服;试件最终破坏时,顶点侧移角达到了1/31.钢框架柱发生整体失稳和严重的局部屈曲,柱脚处腹板向外鼓曲,且外翼缘扭曲,但试件的承载力基本保持不变.卸载后二层剪力墙板的平面外残余变形最大.中间层的层间位移比第一层和顶层大得多,达到了34.67 mm;结构具有良好的塑性变形能力,正向加载时的位移延性系数为5.85,反向加载时为3.51.结论钢板剪力墙结构的滞回环饱满,能量耗散良好,承载力退化缓慢,具有良好的延性.

方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙滞回性能研究

进行了一榀1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙的低周反复荷载试验,分析了其破坏过程、破坏形态及破坏机理.采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙进行了精细化数值模拟,分别研究了竖向边缘构件(边框柱)截面类型、开洞率δ、高厚比β、柱子抗弯刚度η和柱子轴压比n对开洞薄钢板剪力墙滞回性能的影响.结果表明,方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙具有较高的承载力、刚度和耗能能力,开洞对结构滞回性能影响明显.

往复剪切荷载作用下双波形薄钢板的弹塑性屈曲行为

为研究双波形薄钢板在达到或接近钢材屈服时的弹塑性屈曲行为,完成了4个不同螺栓间距的双波形薄钢板试件和1个单片波形薄钢板试件在往复剪切荷载作用下的拟静力试验。结果表明:设计合理的双波形薄钢板能够先达到全截面屈服抗剪承载力,然后在往复剪切荷载作用下交替发生弹塑性局部剪切屈曲,形成X形屈曲褶皱及撕裂裂缝而破坏;双波形薄钢板的极限抗剪承载力大于单片波形薄钢板的2倍,最大提高约18%;双波形薄钢板的滞回曲线表现出一定的“捏拢”现象,在其抗剪承载力达到峰值之后,随着滞回圈数的增加其抗剪承载力和卸载刚度退化明显,但其等效黏滞阻尼系数无显著下降;双波形薄钢板在剪切荷载作用下可分为弹性、弹塑性局部屈曲以及承载力退化3个工作阶段,由于波形钢板的“手风琴”效应,双波形薄钢板基本不具备屈曲后抗剪承载力,其极限抗剪承载力状态即为弹塑性局部剪切屈曲状态。

方钢管混凝土框架内置侧边开洞薄钢板剪力墙的抗侧承载力研究

对1榀1/3比例的单跨2层方钢管混凝土框架内置侧边开洞薄钢板剪力墙进行了拟静力试验.利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,结合试验结果,分析了方钢管混凝土框架内置侧边开洞薄钢板剪力墙的受力机理和破坏机制.研究了洞口边缘构件与边框梁不同连接方式对结构抗侧承载力的影响.基于侧边开洞薄钢板剪力墙的受力机理,提出了方钢管混凝土框架内置侧边开洞薄钢板剪力墙的抗侧承载力计算模型及计算公式,并与试验及足尺有限元模型结果对比.结果表明:方钢管混凝土框架内置侧边开洞薄钢板剪力墙具有较高的承载力、初始刚度和延性,抗侧承载力公式计算结果与试验及有限元结果吻合较好.

方钢管混凝土框架-薄钢板墙的计算方法研究

基于方钢管混凝土框架-薄钢板墙的理想破坏形式,根据梁、柱塑性铰位置推导了薄钢板墙所需边缘构件的强度关系式,基于上述公式设计了2榀单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙足尺模型,采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10对其进行了非线性数值分析。结果表明,当分析模型的边缘构件强度满足本文提出的强度关系式时,能够达到理想的破坏形态,即"弱板墙框架,强柱弱梁"。

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对3个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙比较。对比了框架梁柱内隔板式节点与穿芯高强螺栓-端板节点对结构性能的影响。得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有良好的抗震性能;十字加劲肋限制了薄钢板剪力墙的面外变形,提高了其承载力与耗能能力,但对整体刚度影响较小;穿芯高强螺栓-端板节点提高了结构的承载力与刚度。

方钢管混凝土框架-斜加劲薄钢板剪力墙的抗震性能试验研究

对2个单跨两层1:3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了斜十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行比较.得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的侧向刚度和承载力,良好的延性及耗能性能;斜十字加劲肋的设置提高了薄钢板剪力墙的强度和刚度,有效抑制了钢板墙的面外变形.方钢管混凝土竖向边缘构件保证了薄钢板剪力墙性能的充分发挥.