半刚接钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构滞回性能研究

对一榀单跨两层半刚接框架-十字加劲钢板剪力墙结构进行水平反复荷载作用下的抗震试验研究,系统分析结构破坏模式和耗能机理,研究节点刚度与加劲墙体的相互影响效果,得到了承载力,延性,刚度和耗能能力等指标。试验结果表明:该种结构具有良好的延性和耗能性能,安全储备高;节点刚度退化小,内填钢板的设置缓解了节点区自身的延性要求,半钢框架和墙板协同工作良好;加劲肋的设置改善了钢板的实际受力,提高墙体的承载力及刚度,减轻了滞回曲线的"捏缩"现象,减小钢板噪音及震颤。结构破坏模式为加劲肋屈曲,内填钢板以小区格局部屈曲为主,伴随相关屈曲;框架柱脚及梁柱半刚性连接部位形成塑性铰;试件面内呈弯曲破坏模式,研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据。

半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构基于性态的地震易损性分析

半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称PSRCW)是一种具有优良抗震性能的新型组合结构,非常适合高烈度地震区使用。以拟建在四川地区一幢5层PSRCW结构为例,考虑型钢、钢筋、及混凝土材料力学性能不确定性因素的影响,利用拉丁超立方抽样方法建立了80个PSRCW结构样本。通过选取汶川地震中四川境内实测的80条地震记录来反映地震记录的不确定性,并同80个PSRCW结构样本进行随机组合。采用非线性时程分析方法获得了80对PSRCW结构-地震动样本集的最大层间位移角响应,结合已定义的结构性态水平,建立了以地面峰值加速度(PGA)、第1周期谱加速度(SA)、地面峰值速度(PGV)、及地震动输入能量(EI)表征的5层PSRCW算例在不同性态水平的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,为今后此类结构的震害预测提供参考。

半刚接钢框架内填RC墙结构滞回性能试验——整体性能分析

半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(简称PSRCW)在低周反复荷载作用下抗剪栓钉易发生疲劳断裂,从而使结构后期承载力衰减过快,延性较差。为了进一步改善结构的延性性能,采用槽钢、U形钢筋及抗剪栓钉三种不同形式的抗剪连接件,通过3榀1/3缩尺、两层、单跨PSRCW试件的低周反复荷载试验,重点研究抗剪连接件对结构性能的影响,分析结构的传力机理、破坏模式、滞回性能、刚度退化、变形及延性、耗能能力等。试验结果表明:加载过程中,抗剪连接件未发生疲劳断裂,试件的后期承载力退化缓慢,试件的变形能力、延性性能以及耗能能力均得到大幅提高,试件呈内填墙压碎的延性破坏模式。抗剪连接件的抗剪能力应与混凝土内填墙的抗剪能力相协调,内填墙混凝土强度等级不宜过高,避免抗剪连接件的破坏模式由剪断控制。PSRCW结构中抗剪连接件不发生疲劳断裂是结构发生延性破坏的重要前提。

半刚接钢框架内填高延性纤维混凝土剪力墙结构抗震性能试验研究

采用高延性纤维混凝土(DFRC)改善半刚性连接钢框架内填RC剪力墙结构(PSRCW)的抗震性能和变形能力,设计1榀半刚性连接钢框架内填DFRC剪力墙试件(SDFRCW),并进行拟静力试验,研究其破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性及耗能能力,并与已有文献的试验结果进行比较可得:1DFRC良好的拉伸性能和应变硬化效应,可以有效控制内填墙体的斜裂缝稳定发展,实现延性剪切破坏模式;2SDFRCW试件的开裂位移、屈服位移和极限位移明显高于PSRCW试件,可见采用DFRC能显著提高SDFRCW结构的层间变形能力;3SDFRCW试件破坏时,内填DFRC剪力墙已出现较宽的主斜裂缝,但墙体始终保持良好的整体性,试件承载力和刚度退化缓慢,说明采用DFRC可显著提高墙体的耐损伤能力,减少结构的震后修复费用;4SDFRCW结构具有良好的层间变形能力,能有效控制结构在小震和中震作用下的变形,满足大震作用下的变形能力和耗能要求。

半刚接钢框架内填暗竖缝混凝土剪力墙结构的简化滞回分析模型

为解决半刚接钢框架内填暗竖缝混凝土剪力墙结构(简称PSRCW)在工程应用中的数值分析问题,根据PSRCW结构试验所获得的破坏模式、钢筋混凝土(RC)墙的裂缝分布规律和结构传力机理,提出了可用于分析PSRCW结构抗震性能的组合斜压带滞回模型。暗竖缝RC墙组合斜压带滞回模型主要由两部分构成。(1)主对角斜压带部分,用于模拟暗竖缝对PSRCW结构水平承载力的贡献。(2)壁柱部分,用于模拟缝间墙的力学行为。基于暗竖缝RC墙的受力机理推导了主对角斜压带的有效宽度计算方法,并结合混凝土的应力-应变关系给出了主对角斜压带的滞回恢复力模型。采用组合斜压带模型模拟了已有的典型试验,并与试验结果进行了比较,两者吻合较好,进一步证实了本文所提出的组合斜压带滞回模型的合理性。

半刚接钢框架内填RC墙结构抗震设计方法(Ⅰ)——理论

半刚接钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)是一种抗震性能优良的新型组合结构体系,为推广其工程应用,文中提出了PSRCW结构的两阶段抗震设计方法:1多遇地震水准下结构的弹性设计法——用于初步确定PSRCW结构主要受力构件的截面;2罕遇地震水准下结构的能力设计法——用于确保PSRCW结构进入弹塑性阶段出现理想的破坏模式。根据已有的试验结果,提出PSRCW结构的理想塑性屈服机构,建立罕遇地震水准下RC内填墙周边钢构件能力设计的简化计算公式,给出设计步骤。文中设计方法的合理性验证见另文。

半刚接钢框架内填RC墙结构侧移刚度分析

目的研究半刚接钢框架内填RC墙结构(PSRCW)抗侧移刚度的计算方法,为PSRCW结构的弹性变形计算提供参考.方法基于10榀1/3缩尺、两层、单跨PSRCW结构的低周往复加载试验及理论分析,研究了PSRCW结构整体抗侧移刚度及刚度退化规律.结果 PSRCW结构抗侧移刚度大,刚度退化均匀缓慢.内填墙厚度、抗剪连接件形式、混凝土强度对结构整体抗侧移刚度影响较大,节点形式、抗剪连接件数量对结构抗侧移刚度影响较小.结论通过对PSRCW结构的变形分析所建立的初始弹性抗侧移刚度的理论模型及公式,可以较好地计算PSRCW结构的抗侧移刚度,理论值与试验值吻合较好.

半刚接钢框架的动力特性探讨

通过对单自由度体系和多自由度体系半刚接钢框架的动力特征分析,初步探讨了梁柱连接转动刚度对结构自振周期、频率、临界阻尼以及振型等参数的影响。半刚接钢框架的周期、频率介于刚接和铰接框架之间,且随着连接转动刚度的变化而变化,当节点转动刚度位于（10^2-10^5）kN.m/rad时对结构动力性能的影响最显著,但结构的振动形式保持不变。

梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响

为了研究不同梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了不同梁柱节点连接刚度的六层两跨平面钢框架模型,并对其滞回性能进行了非线性数值分析,对比分析了各模型的承载力、侧向刚度、延性、耗能能力等特性。结果表明:随着节点刚度的增大,各模型的屈服荷载、极限荷载、抗侧刚度、延性系数逐渐增大。Y形偏心支撑半刚接钢框架节点刚度越接近理想刚接情况,其抗震性能越好。倒三角水平循环荷载作用下,各模型均为耗能连梁首先屈服,且按照由底层到顶层的顺序逐渐屈服,中间底层柱在受力过程中应力较大,设计时应重点考虑。

半刚接钢框架的动力分析

推导了半刚接钢框架动力有限元的质量矩阵和刚度矩阵.建立了具有不同节点初始刚度的半刚接多层钢框架及相应刚性框架的计算模型.采用ANSYS软件进行数值模拟分析,研究了节点刚度对结构自振频率的影响以及结构在谐振荷载作用下的响应,对地震波激励下的结构进行了时程分析.分析结果表明不半刚接框架节点的柔性对结构自振频率产生较大的影响,节点柔性越大,结构自振频率降低也越大,结构的抗震设计应考虑节点柔性的影响;半刚接钢框架顶点位移和柱底剪力时程曲线在地震波激励时间内表现出良好的稳定性,柔性连接可以代替刚性节点用于抗震区的钢框架设计中.

半刚接钢框架-内填剪力墙结构滞回性能的数值模拟

为了系统研究半刚接钢框架-RC剪力墙结构的滞回性能,编制了非线性有限元程序SRCWNP。对两层单跨半刚接钢框架(柱弱轴)-RC剪力墙结构试验试件的滞回性能进行有限元模拟。分析了RC墙裂缝开展;混凝土压溃过程;结构的内力分配;滞回曲线和破坏模式。模拟结果与试验结果基本吻合。

考虑材料变异性的半刚接钢框架内填RC墙结构的强度折减系数研究

为合理评估半刚接钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)的延性及强度折减系数,文中利用Latin超立方抽样方法考虑PSRCW结构中型钢、钢筋及混凝土材料力学性能的随机性,提出一种基于Pushover方法评估PSRCW结构延性及强度折减系数的概率方法。根据现行抗震设计规范设计4组160个PSRCW算例样本,重点考察了层数、抗震设防烈度、水平荷载分布模式等因素的影响,利用Pushover方法确定160个PSRCW算例的抗侧能力曲线,基于概率方法按置信水平为95%的单侧置信下限确定PSRCW结构的延性及强度折减系数。研究结果表明,随着层数的增加,PSRCW结构的延性及强度折减系数均呈降低趋势;设防烈度对PSRCW结构的延性折减系数影响不明显,但对强度折减系数影响较大;均匀分布模式作用下确定的PSRCW结构的延性及强度折减系数均显著大于按广义乘方分布模式的分析结果。

多高层半刚接钢框架的简化计算方法

在D值法基础上,提出了一种考虑P-Δ效应、节点柔性和初始倾斜影响的多高层半刚接钢框架的简化计算方法;分析了上述因素对半刚接钢框架工作性能的影响,表明P-Δ效应和节点柔性对钢框架的一阶层间侧移影响较显著,而初始倾斜可仅考虑其本身值的大小,无需考虑P-Δ效应对其放大作用.该方法便于手算,与精确的电算结果比较表明,该方法具有较好的精度,可满足工程设计需要.

半刚接钢框架内填RC墙结构抗震设计方法(Ⅱ):算例

作者在文献[1]中提出了半刚接钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)的两阶段抗震设计方法。该文用此方法设计了1榀6层3跨PSRCW结构,采用塑性机构法、Pushover分析方法及弹塑性时程法对设计算例进行了地震反应分析,评估了算例结构的抗震性能。结果表明:塑性机构法同采用组合斜压板带模型所得到的极限水平承载力相近,结构的整体超强系数为3.34,具有较大的抗侧能力和超强性能。在多遇及罕遇地震下结构的层间侧移比满足现行抗震规范要求,结构具有良好的抗震性能,进一步证明了PSRCW结构的两阶段抗震设计方法的合理性。

半刚接钢框架内填RC墙结构抗剪连接件受力性能分析

结合3榀1/3缩尺、2层、单跨半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(partially-restrained steel framewith reinforced concrete infill walls,PSRCW)在低周反复荷载作用下的试验研究,对PSRCW试件中3种不同形式的抗剪连接件的滞回性能、变形特征及破坏模式进行了分析.结果表明:滞回曲线呈反S型,具有明显的滑移特征.3种抗剪连接件最终破坏模式均为根部混凝土的压碎破坏.槽钢连接件界面滑移最小,刚度最大;抗剪栓钉界面滑移最大,刚度最小;U型弯筋居中.PSRCW结构中抗剪连接件呈拉剪复合受力,角部连接件尤为明显.根据PSRCW结构中抗剪连接件的受力特征提出了连接件的设计方法.

半刚接钢框架-方钢管龙骨隔墙体系性能研究

通过设计6个半刚接钢框架-方钢管龙骨隔墙试件,并对其进行低周往复加载,得到滞回曲线及骨架曲线。分析各个试件的破坏过程、承载能力、抗侧刚度、延性和耗能能力,研究该结构体系的抗侧力性能。结果表明:适当减小方钢管间距可以提高结构的承载能力、抗侧刚度和耗能能力;增大方钢管截面尺寸可以显著提高结构的承载能力;OSB板对结构的承载能力和抗侧刚度贡献很大,而结构的耗能能力和延性主要由半刚接钢框架和方钢管骨架提供。根据刚度叠加原理,提出结构抗侧刚度简化计算式。

近场脉冲地震下半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构易损性分析

为研究半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称"PSRCW"结构)在近场脉冲地震作用下的易损性能,基于增量动力时程分析方法建立了4个按MECE能量谱设计的PSRCW结构在不同性态水平下的地震易损性曲线,重点考察了层数的影响。研究结果表明:在近场脉冲地震作用下,PSRCW结构对应于多遇地震水准达到基本完好(IO)状态的超越概率在2.76%~5.98%之间,偶遇地震水准达到中等破坏(LS)状态的超越概率在16.88%~37.35%之间,罕遇地震水准达到倒塌(C)状态的超越概率在4.86%~39.92%之间。层数对PSRCW结构在近场脉冲地震作用下的易损性曲线有显著影响,随着层数的增加PSRCW结构达到某一性态水平的超越概率也呈增大趋势。

基于SMA连接件的半刚接钢框架-混凝土墙结构滞回性能试验研究

针对半刚接钢框架-混凝土墙(PSRCW)结构中连接件易发生疲劳断裂的问题,利用形状记忆合金(SMA)制成连接件并将其应用到PSRCW结构中。对4个2层单跨PSRCW结构试件在水平低周往复荷载作用下的抗震性能进行了试验研究。根据试验现象分析了各试件的受力破坏过程,研究了连接件类型、尺寸和布置位置对各试件的滞回性能、耗能能力、强度、刚度、延性和变形恢复能力的影响。试验结果表明:基于SMA连接件的PSRCW结构整体性较好、耗能能力强、结构强度退化具有2个平台阶段、刚度退化较为缓慢、延性好和结构具有较强的变形恢复能力。同时,增大SMA连接件的直径可以提高结构的承载能力、初始刚度和延性;在框架梁柱与内填墙交界面间均布置SMA连接件时,结构整体性最好,强度退化缓慢,延性好。因此,将SMA连接件应用于PSRCW结构中,对于改善钢混组合结构的力学性能有一定的理论意义和实用价值。

地震动特性对半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构位移反应影响

为研究半刚接钢框架内填暗竖缝RC墙结构(简称PSRCW结构)在近场向前方向性效应速度脉冲、滑冲效应速度脉冲和远场加速度循环效应地震作用下的抗震性能,根据现行建筑抗震规范设计了1榀10层PSRCW结构算例,选择了3组共计75条向前方向性效应、滑冲效应速度脉冲近场地震波和带加速度循环效应远场地震波,采用动力弹塑性时程法对其进行了分析。结果表明,滑冲效应速度脉冲近场地震波对PSRCW结构产生的地震位移响应最大,向前方向性速度脉冲近场地震对PSRCW结构产生的位移响应次之,远场加速度循环效应地震波导致PSRCW结构地震响应最小。多遇地震下,PSRCW结构对应于远场地震波、近场向前方向性速度脉冲近场地震波、滑冲效应速度脉冲近场地震波所产生的最大层间位移角均值分别为0.16%、0.26%、0.32%,均满足现行抗震规范限值1/250的要求。罕遇地震下,PSRCW结构对应上述三类地震波所产生的最大层间位移角均值分别为0.8%、1.98%、3.70%。滑冲效应速度脉冲近场地震波所产生的层间位移角已无法满足现行抗震规范限值1/50的要求,PSRCW结构的合理抗震设计需考虑带速度脉冲的两类近场地震波影响。

隅撑支撑半刚接钢框架的Pushover分析

将隅撑支撑与半刚接钢框架结合形成的新型支撑钢框架称为隅撑支撑半刚接钢框架。为了研究其在地震作用下的破坏过程,采用有限元软件SAP2000进行了Pushover分析。研究结果表明,罕遇地震作用下,框架中的隅撑和斜支撑率先屈服,耗散大部分地震能量,从而保护了结构的主体构件框架梁和框架柱;梁柱节点的初始转动刚度对结构的抗震性能有很大影响,随着初始转动刚度的降低,结构的极限承载力也在降低,并且过低的初始转动刚度会改变结构塑性铰的发展顺序和结果,因此选择合适的初始转动刚度是隅撑支撑半刚接钢框架抗震设计的关键。