水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制与设计方法

为研究水平荷载作用下冷弯薄壁型钢剪力墙的失效机制和设计方法,对6片冷弯薄壁型钢剪力墙的足尺试件进行低周反复加载试验,分析了墙体高宽比、墙面蒙皮板配置和边龙骨配置对剪力墙的破坏机理、抗侧刚度、承载力、滞回性能和延性性能的影响.试验结果表明,冷弯薄壁型钢剪力墙在水平荷载作用下的破坏模式可分为剪切破坏和弯曲破坏2类.墙体高宽比、抗剪能力与抗弯能力的强弱配置关系是影响墙体破坏机制的2个重要因素.冷弯薄壁型钢剪力墙的抗侧刚度和承载力能力随着边龙骨配置的增强而增大,随着高宽比的增大而减小.针对抗震性能等级为性能Ⅲ和性能Ⅳ的冷弯薄壁型钢剪力墙,建议进行强弯弱剪设计,放大系数取1.1,以确保剪力墙在地震作用下具备良好的延性.

带刚性斜撑的冷弯薄壁型钢剪力墙抗侧性能试验研究

对3片足尺镁晶板覆面的带刚性斜撑的冷弯薄壁型钢剪力墙进行水平单调和低周往复加载试验,以测试该种冷弯薄壁型钢剪力墙的抗侧性能。通过试验观测了该种剪力墙的破坏过程,获得了墙体的单调荷载-位移曲线、滞回曲线及骨架曲线,并对结构的延性、耗能能力、抗剪承载力、刚度退化及破坏特征进行分析。试验结果表明:边柱屈曲后墙体的刚度迅速降低,墙板在接缝处以及边柱处逐渐与骨架分离,标志着试件发生破坏。在实际工程中,此种墙体应使用与边柱刚度相适配的抗拔件,采用整面覆板并加强接缝处及边柱上的螺钉连接。最后,将试验结果与其他文献中剪力墙的力学性能进行对比,结果表明,试验墙体在保证具有较高抗侧承载力的情况下仍具有较好的延性及耗能性能。

冷弯薄壁型钢框架剪力墙自攻螺钉节点的试验研究

通过两组OSB板与冷弯薄壁型钢的自攻螺钉连接性能单向拉伸试验,得到了两个方向自攻螺钉的荷载-位移曲线以及各自的平均曲线,并应用数值方法拟合出2条多项式曲线,为冷弯薄壁型钢组合框架剪力墙的有限元分析提供了必要的基础数据。

不同构造木、冷弯薄壁C型钢组合框架剪力墙受力性能的试验研究

由木规格材作为顶梁板和底梁板的冷弯薄壁型钢木结构是一种新型结构体系。通过对4组不同间距墙骨柱和不同间距自攻螺钉组成的冷弯薄壁型钢木框架组合剪力墙进行单向加载和反复加载试验,得到了该体系墙体的破坏形态、抗剪强度、抗侧刚度、荷载-位移等受力性能。试验结果表明:与标准构造的剪力墙相比,随着墙骨柱和边框架自攻螺钉间距的减小,剪力墙的抗剪强度和抗侧刚度提高;墙骨柱间距不同对剪力墙的影响大于自攻螺钉间距的影响。

高宽比对锁铆连接冷弯型钢剪力墙力学性能的影响研究

为将锁铆连接代替传统螺钉连接引入冷弯型钢剪力墙中,通过对四面足尺的锁铆连接冷弯型钢剪力墙进行了单调与往复加载的试验研究,并结合有限元数值分析,探明了高宽比对锁铆连接剪力墙力学性能的影响;在螺钉连接剪力墙抗剪承载力和刚度折减计算方法的基础上,提出了适用于锁铆连接剪力墙抗剪承载力和刚度的折减计算方法及其高宽比限值。结果表明:高宽比对锁铆连接剪力墙的破坏模式影响较小,而对其抗剪承载力、刚度和变形能力影响显著;采用北美规范AISI S400对不同高宽比的锁铆连接剪力墙抗剪承载力和刚度的折减程度偏于保守,提出的折减计算方法可为预测锁铆连接剪力墙的折减程度提供依据,并建议锁铆连接剪力墙高宽比限值为9∶4。

钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构抗震性能试验研究

对钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构足尺试件进行水平低周往复加载试验,得到延性、耗能能力、刚度及承载力等指标,考察该类结构的破坏模式和耗能机理。对有无钢框架约束的冷弯薄壁型钢墙体进行比较,发现受钢框架四周约束的冷弯薄壁型钢墙体整体性增强,塑性性能得到改善,杆件材料利用率增加,可以充分发挥剪力墙的作用。钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构滞回曲线饱满、下降段承载力只略有降低,与钢框架-钢板剪力墙结构表现类似,优于与框架柱未连接的情况。试验结果表明,冷弯薄壁型钢剪力墙利用自身变形来充分发挥耗能作用,与钢框架之间耦合效应显著,整体侧向刚度大,延性系数达3.33,具有良好稳定的抗震性能。

新型波纹钢板覆面冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙抗震性能研究

为提高墙体延性,对4片面板开缝的波纹钢板覆面冷弯薄壁型钢剪力墙足尺试件进行了水平单调加载和循环反复加载试验,研究了加载方式、墙体高宽比、面板开缝等因素对剪力墙抗震性能的影响,得到了各类墙体的承载能力、刚度、延性以及耗能等力学性能指标。研究结果表明:加载方式对开缝剪力墙的抗剪承载力影响不明显;开缝剪力墙的抗剪承载力随高宽比增大而降低;面板开缝使得波纹钢板覆面剪力墙在保持较高的抗剪承载力的同时,延性得以显著提高。此外,利用OpenSees程序建立了冷弯薄壁型钢整体房屋的简化分析模型,对分别设置有开缝及不开缝剪力墙的整体房屋模型的抗倒塌能力进行了比较,结果表明采用面板开缝的波纹钢板覆面剪力墙可有效降低结构的倒塌概率。

锁铆连接冷弯薄壁型钢剪力墙抗震性能研究

锁铆连接具有力学性能好、连接效率高等优势,将其应用于冷弯薄壁型钢剪力墙,以改善该类剪力墙刚度差、承载力弱和工业化程度低等问题。通过对3个锁铆连接冷弯薄壁型钢剪力墙和1个螺钉连接冷弯薄壁型钢剪力墙进行低周往复加载试验,得到墙体的破坏模式、延性、耗能能力、承载力和刚度退化情况,研究铆钉间距(50~150 mm)对剪力墙抗震性能的影响;根据剪力墙的损伤状态和性能化设计目标,建议其弹性和弹塑性层间位移角限值;基于OpenSees有限元软件,提出锁铆连接剪力墙的非线性简化分析模型及整体结构的高效抗震性能分析方法;在此基础上,对整体结构进行增量动力时程分析,评估锁铆连接冷弯薄壁型钢结构的抗震性能。研究结果表明:锁铆连接冷弯薄壁型钢剪力墙的主要破坏模式包括钢板屈曲、锁铆连接失效、边立柱畸变屈曲和导轨撕裂;钢板边缘铆钉间距对其抗震性能有较大影响;减小铆钉间距可有效提高剪力墙的承载力、刚度、延性、变形和能量耗散能力,且可改善其刚度突变现象;采用1/300作为锁铆连接剪力墙弹性层间位移角限值、1/50作为弹塑性层间位移角限值安全可行;非线性简化分析模型可较精确地模拟剪力墙的滞回性能;锁铆连接冷弯薄壁型钢结构的抗震性能满足规范要求。

不同构造措施的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙抗剪性能试验研究

研究了一种新型钢-混凝土组合墙体,即冷弯薄壁型钢增强的混凝土剪力墙的抗剪性能。通过5个冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙和1个钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验,研究了边缘构件纵筋类型及数量、表面钢模网、冷弯薄壁型钢底部锚固等构造措施对剪力墙抗剪性能的影响。研究表明:配筋合适的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的受剪性能和破坏模式与传统钢筋混凝土剪力墙不同,从开始受力到破坏经历了整截面墙到分缝剪力墙的演变过程,具有很好的延性和变形能力;表面配置钢模网可提高墙体承载力,但会降低延性和极限变形能力;冷弯薄壁型钢锚固于基础中可保持后期承载力的稳定;适当增加边缘构件的纵筋量可提高墙体的变形能力。基于试验研究,建议了冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的合理构造措施。

冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙受剪承载力计算模型

冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙(CTSRC剪力墙)在水平地震作用下经历整截面墙体受力和分缝墙体受力两个阶段,破坏模式和受力机理与传统剪力墙不同。剪跨比小于2.0的CTSRC剪力墙在峰值荷载前表现为整截面墙体的受力性能,峰值荷载时宏观竖向裂缝两侧混凝土发生滑移,墙体逐渐演变为分缝剪力墙,有较好的耗能能力。针对CTSRC剪力墙的受力特征,将钢筋混凝土剪力墙的软化拉压杆模型与混凝土界面直剪受力的软化拉压杆模型相结合,考虑竖向裂缝处短细斜裂缝间混凝土破坏引起的竖向裂缝两侧混凝土的滑移,建立了CTSRC剪力墙受剪承载力的拉压杆-滑移分析模型和计算方法,计算结果和试验结果吻合良好,表明拉压杆-滑移模型可以较好地反映剪跨比小于2的CTSRC剪力墙的受力机理,能够较准确地预测CTSRC剪力墙的受剪承载力。

装配式冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙抗震性能研究

为了进一步提升填充泡沫混凝土-冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,提出了一种装配式冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙,由内填充自密实轻质混凝土的矩形冷弯型钢端立柱、高强泡沫混凝土填充冷弯型钢墙单元、双层墙面板等组成。通过4片冷弯薄壁型钢-轻质混凝土剪力墙足尺试件的低周反复加载试验,研究了增强端立柱、双拼内立柱和立柱开孔数量对剪力墙破坏模式、承载力与抗侧刚度、变形与延性、刚度与承载力退化、耗能能力等抗震性能的影响。试验结果表明:剪力墙破坏模式呈现墙面板与泡沫混凝土交叉裂缝的剪切破坏特征,其弹塑性阶段的侧向变形为剪切型变形,峰值阶段时位移角为1/62~1/45;采用内填自密实混凝土的矩形端立柱和内立柱能抑制墙体立柱局部屈曲破坏,并显著提高墙体承载力和刚度;增加立柱腹板开孔数量能避免立柱与混凝土间的界面黏结滑移,提高了墙体承载力、刚度和耗能能力,并延缓了承载力与刚度退化。基于承载力叠加原理,提出了该类剪力墙的受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。