浅谈转换层结构中应对剪力屈曲的设计思路及施工要点

随着斯里兰卡建筑行业发展,越来越多超高层住宅采用转换层结构,通过竖向结构过渡实现建筑功能分段,如何避免转换层结构中受力构件出现剪力屈曲现象,成为设计和施工中的重难点。结合斯里兰卡 Tri-Zen 公寓楼设计 - 施工项目工程实例,介绍项目在超高层转换层结构中的设计及研究,为后续同类项目的设计及施工提供了参考经验和实践支撑。

异形柱组合框架-屈曲约束钢板剪力墙抗震性能试验研究

为探索异形柱组合框架-屈曲约束钢板剪力墙的抗震性能,设计制作了1个缩尺比为1∶1.5的单跨单层试件以及1个非加劲对比试件,对其进行水平低周往复加载下的抗震性能试验。结果表明,异形柱组合框架-屈曲约束钢板剪力墙抗侧承载力较大,延性较好,极限位移角达1/25,塑性变形能力较强;试件的破坏模式、屈服承载力、峰值承载力、延性系数、耗能能力以及应变水平等有较好的提高与改善。

装配式梁柱铰接钢框架-屈曲约束钢板剪力墙体系抗震性能有限元分析

将梁柱铰接钢框架与屈曲约束钢板剪力墙相结合是一种新型的抗震结构体系。铰接框架体系承担竖向荷载,屈曲约束钢板剪力墙体系承担水平荷载,受力明确,构造简单,更适合装配化施工及建筑工业化要求。为研究该体系的动力特性和抗震性能,采用有限元软件进行弹性分析和动力时程分析,并与刚接框架-屈曲约束钢板剪力墙体系、刚接框架-普通钢板剪力墙体系进行比较。分析时屈曲约束钢板剪力墙采用混合"4-6"杆系模型进行模拟。分析结果表明,该体系在8度(0.2g)抗震设防烈度下具有良好的抗震性能,能够满足"三水准"的抗震设防要求,但在8度(0.3g)抗震设防烈度时,底层柱端出现塑性铰。当梁柱截面相同时,刚接框架的基底剪力较大且底层柱过早出现塑性铰。因此,铰接框架-屈曲约束钢板剪力墙体系表现出更优良的动力性能。

半刚性框架-密肋防屈曲钢板剪力墙试验研究及数值模拟

提出了一种半刚性框架-密肋防屈曲钢板剪力墙,并对该结构进行了低周反复试验,研究了其滞回曲线、骨架曲线、延性及耗能性能.试验结果表明该结构具有较高的抗侧刚度、承载力和稳定的耗能能力.并在试验研究的基础上,通过ABAQUS对该结构进行了有限元模拟,在承载力、层间位移、破坏形式等方面与试验结果吻合较好.并且通过有限元模拟了非加劲、加劲板的弹性屈曲荷载,其模拟结果与理论值、《高层民用建筑钢结构技术规程》规定值接近,表明密肋的设置有效地避免了内填板的整体屈曲,保证了内填板剪切屈服先于弹性屈曲.该研究为其理论分析和工程应用提供了依据.

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架参数影响分析研究

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架由梁、柱以及屈曲约束钢板剪力墙组成,具有刚度与承载力大、延性好的优点,但由于构造形式的复杂,带墙框架的力学性能影响因素较多。为此,本文利用有限元分析方法,首先对已有的内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架试件建立有限元模型,对其进行验证;然后,根据验证后的有限元模型,进行一系列参数化分析。分析发现,屈曲约束钢板剪力墙的芯板外伸端与柱的连接长度对结构的性能以及屈曲约束钢板剪力墙等效偏心支撑模型的偏心距影响较大。本文将分析结果通过数值拟合方法得到了芯板与柱连接长度跟等效支撑模型偏心距的关系式,以便于实际工程设计分析应用。

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.

无屈曲波纹钢板剪力墙简化分析模型研究

无屈曲波纹钢板剪力墙是一种兼具承载和消能双功能的新型钢板剪力墙,它通过钢板波折的方法来提高自身的面外刚度,避免了普通钢板墙面外刚度小、易屈曲,屈曲约束钢板墙需额外设置面外约束部件的缺点,因此在工程中得到了越来越广泛的应用。根据无屈曲波纹钢板剪力墙的力学性能,在弹性设计阶段提出了等向交叉支撑模型和正交异性平面壳单元模型,在弹塑性验算阶段提出了基于Bouc-Wen模型的水平轴向弹簧模型和基于三线性本构关系的水平剪切板模型。然后,将上述模型与有限元ABAQUS模型进行了对比,验证了上述弹性和弹塑性简化分析模型的准确性。最后,通过设计算例给出了无屈曲波纹钢板剪力墙的设计流程,包括其在弹性设计和弹塑性验算阶段的模拟,以供设计人员参考。

无屈曲波纹钢板剪力墙减震加固设计

介绍了无屈曲波纹钢板剪力墙在实际工程中的应用,分析了无屈曲波纹钢板剪力墙在加固设计中的刚度贡献和减震效果。通过对单片无屈曲波纹钢板剪力墙的数值模拟和试验研究,分析了无屈曲波纹钢板剪力墙的抗侧刚度及耗能能力,并进行构件参数化提取。整体弹性和弹塑性分析结果表明,无屈曲波纹钢板剪力墙在多遇地震下能够满足结构刚度需求,罕遇地震作用下能够发挥较好的耗能效果,提高整个结构的抗震性能。

近场地震下屈曲约束钢板剪力墙结构抗震性能研究

为评估屈曲约束钢板剪力墙结构在近场地震下的性能,在该结构振动台试验试件的有限元模型基础上,设计了具有理想屈服模式的4个不同层数的等效拉杆简化模型。采用非线性时程分析方法,重点对结构层数、近场地震有无速度脉冲效应等的影响进行了分析。结果表明:与非速度脉冲地震波作用时相比,4榀框架在近场速度脉冲地震波作用下的响应均较高;同时,随着结构高度的增加,层剪力呈减小趋势;仅5层屈曲约束钢板剪力墙结构在多遇和罕遇地震下的层间位移角小于规范限值,表明在进行屈曲约束钢板剪力墙结构设计时,需深入分析近场脉冲型地震对其的影响。

分块盖板屈曲约束钢板剪力墙受力性能与设计方法研究

为考察分块盖板屈曲约束钢板剪力墙的抗震性能,采用非线性有限元分析软件ABAQUS对其受力机理进行深入研究。将板墙的高宽比、盖板厚度比等参数作为变量,对屈曲约束钢板墙在水平往复荷载作用下的抗震性能进行分析,考察内嵌钢板面外变形与应力、盖板变形与钢筋应力。分析结果表明:采用非线性有限元数值模拟得到屈曲约束钢板剪力墙的滞回性能、内嵌钢板变形特性均与试验结果较为接近。分块盖板屈曲约束钢板剪力墙在层间位移角接近1/300时进入屈服;加载至层间位移角1/50时,滞回曲线接近于理想弹塑性。当盖板厚度比t_(c)/t_(w)不小于7时,可以形成对内嵌钢板面外变形的有效约束,钢板屈曲半波长度与钢板厚度之比λ/t_(w)基本保持不变。在此基础上,建立内嵌钢板与分块盖板简化计算模型,根据内嵌钢板主压应力推导出挤压应力计算公式,从而可以方便地确定对拉螺栓的内力与分块盖板的弯矩。简化计算方法与有限元数值模拟得到混凝土盖板弯矩的分布规律非常接近,简化计算方法偏于安全。

屈曲约束钢板剪力墙-钢框架的宏观单元模型

为简化屈曲约束钢板剪力墙-钢框架的设计过程,提出了两元件宏观单元模型,对屈曲约束钢板剪力墙-钢框架的力学性能进行模拟。基于理论分析与试验数据,得到了宏观单元模型中剪切弹簧的骨架曲线、滞回规则和弯曲弹簧骨架曲线,并将上述各项参数值与试验值进行了对比,同时还将采用宏观单元方法建模的数值模型结果与采用精细有限元方法建模的模型结果进行了对比。结果表明:理论推导得到的各项参数值与试验值吻合良好;采用2种不同方法建模的数值模型结果基本一致;该宏观单元模型的各项参数取值准确,并且能够精确反映该类结构的真实力学性能。

基于连接单元的无屈曲波纹钢板剪力墙弹性简化分析模型研究

无屈曲波纹钢板剪力墙是一种兼具承载和耗能功能的新型钢板剪力墙,在工程中应用前景良好。而在工程设计中,由于波纹钢板几何形状较为复杂和现有结构设计软件的局限性,有限元建模较为复杂和繁琐。为此,依据无屈曲波纹钢板墙的受力特性提出了多种不同的基于连接单元的简化分析模型,通过对比分析选取了水平轴向连接单元模型作为波纹钢板剪力墙的简化分析模型,给出了模型参数确定的原则;借助通用有限元分析软件Abaqus评估其模拟精度,并通过参数化分析考察了该简化模型的普适性。最后,对钢框架-无屈曲波纹钢板剪力墙结构中简化模型的适用性进行了分析,给出了边缘构件内力的修正方法,供设计人员参考。

屈曲约束开缝钢板剪力墙性能研究

通过分析四块屈曲约束开缝钢板剪力墙实验各参数,印证了对普通开缝钢板剪力墙所提出的初始刚度和极限承载力设计公式同样适用于屈曲约束开缝钢板剪力墙.由于面外约束构件的作用,屈服承载力应取开缝条带全截面屈服时刻而不是边缘屈服时刻.分析了第二刚度与第一刚度的相互关系,提出了屈曲约束开缝钢板剪力墙的双折线滞回模型.

正交胶合木约束钢板剪力墙的约束板厚需求

为探究CLT板对钢板剪力墙的约束机理,基于ABAQUS对其进行有限元模拟。结果表明:相比于混凝土约束板,CLT约束板仅使得钢板剪力墙弹性阶段的最高承载力与刚度略微降低,但在一定程度上降低了结构自重,木材的高延性还可以在约束板产生较大面外变形时仍保持墙体的完整性,使得约束板可以持续发挥对钢板的约束作用。通过数据拟合,得到单面CLT板约束改进型钢板剪力墙在达到2 rad层间位移角时,约束板厚度与其面外变形关系的拟合公式。研究结果可为屈曲约束式钢板剪力墙的设计提供理论参考。

薄壁钢板剪力墙的特性

结构中的钢板剪力墙可以有效抵抗水平荷载。结构设计师一般运用重型加劲肋来加强剪力墙的屈曲能力,但是如果剪力墙不用加强并且允许其产生屈曲,由于后屈曲的作用它们的耗能会显著增加。另一方面,薄壁钢板剪力墙的最优化设计中也考虑到其屈曲强度的合理预测。这个预测是假定边界条件状态的一个公式。很多设计条款比较保守地建议对弹性支撑采用简支的边界条件。围护结构(如梁柱)等对于TSPSWs的整体特性的影响也被研究。结果显示:不同于以往的观点,围护结构的挠曲刚度对剪力墙的弹性剪力屈曲或者后屈曲性能并没有太大作用。扭转刚度只对弹性屈曲荷载具有显著作用,外伸刚度对后屈曲能力影响不大。

钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计

两边连接屈曲约束钢板剪力墙具有承载力高、耗能能力强、延性好等优点;而且在结构中布置灵活,能够减小对框架柱的作用力,避免框架柱过早发生破坏。为确定墙体在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计方法。设定结构预期的整体破坏模式和目标位移,基于能量平衡原理计算结构的设计基底剪力,采用剪力比将双重抗侧力结构体系离散为钢板剪力墙体系和框架体系并计算设计楼层剪力,进而完成钢板墙的截面设计。按照塑性内力分配机制和钢板墙屈服后的性能,计算框架结构梁、柱的内力需求,完成钢筋混凝土框架的截面设计。分别对5层和10层结构进行基于能量平衡的大震塑性设计,并采用时程分析法对结构进行非线性动力分析,对比研究了两个结构的损伤机制、最大层间位移角、楼层剪力比和残余位移。分析结果表明:所提出的设计方法能够实现结构预期的整体破坏模式,并满足结构大震抗震性能要求。

两边连接屈曲约束钢板剪力墙受力机理与等效支撑模型

采用理论分析和有限元方法,针对两边连接屈曲约束钢板剪力墙的受力机理和传力规律进行研究。提出了钢板墙边缘约束区的概念并确定了边缘约束区的宽度,分析了钢板墙的屈服形状、钢板墙内各部分应力流的分布规律和钢板墙与梁连接处的受力特点等。在此基础上提出了两边连接屈曲约束钢板剪力墙等效支撑模型,对不同尺寸、不同层数的框架-屈曲约束钢板剪力墙结构和框架-等效支撑结构在水平荷载作用下的力学性能进行分析,并对两种结构的荷载-位移曲线进行了对比。分析表明,所提出的等效支撑模型在结构刚度和承载力方面具有较好的准确性,无论是单调加载还是反复加载均能准确地模拟两边连接屈曲约束钢板剪力墙结构的受力行为。

钢结构束柱的抗侧性能分析

将普通钢支撑和屈曲约束钢板剪力墙引入到束柱中,并选择2层的平面钢束柱,对比研究了不同支撑布置方式以及不同钢板剪力墙尺寸下束柱的承载力、抗侧刚度和延性。结果表明:钢支撑束柱的抗侧性能与支撑的数量及长细比密切相关;屈曲约束钢板剪力墙能够为束柱提供很大的抗侧刚度,同时也承担了绝大部分层间剪力;在相同缩进高度下,增加钢板剪力墙的缩进宽度对束柱抗侧性能的提升效果明显。

半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构振动台试验研究

为研究半刚性框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,进行了1个缩尺比为1/3的单跨4层钢框架-屈曲约束钢板剪力墙的振动台试验。试验采用模拟地震动的方法,选取El Centro波、Taft波和一条人工合成波,分析在7度多遇至9度罕遇共计8个水平地震作用工况下结构的动力特性和动力响应。研究结果表明：在多遇地震作用下,结构无明显塑性变形;罕遇地震作用时,1、3层墙板大部分区格形成拉力带。随着地震激励的增大,结构刚度逐渐退化,9度罕遇地震输入后结构抗侧刚度最大降幅仅为12%;屈曲约束钢板墙作为第一道抗震设防防线,率先进入弹塑性工作阶段,吸收耗散地震能量,避免框架发生破坏;在多遇及罕遇地震作用下结构的层间位移角分别为1/476和1/68,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定。结构整体表现出优异的抗震性能,满足我国“两阶段,三水准”抗震设防要求。

屈曲约束钢板剪力墙受力性能分析及盖板简化计算方法

内嵌钢板与混凝土盖板之间相互作用机理较为复杂,难以通过简单方法确定屈曲约束钢板墙连接螺栓拉力与混凝土盖板弯矩。为此,采用有限元软件ABAQUS建立屈曲约束钢板剪力墙计算模型,并通过与模型试验对比验证其可靠性。通过非线性有限元数值模拟,分析钢板高厚比、盖板与钢板厚度比以及盖板与钢板间隙等参数对应力分布、屈曲变形和滞回性能的影响。在此基础上,对螺栓与混凝土盖板的简化计算方法进行研究,基于屈曲约束钢板剪力墙受力与变形的特点,建立了钢板与盖板相互作用计算模型。结果表明:当水平位移角达到1/50时,内嵌钢板全部进入塑性状态,主拉应力向45°方向倾斜,主压应力值与主拉应力值大致相等。内嵌钢板屈曲波形分布较为均匀,屈曲半波长度与钢板厚度之比基本保持不变。当盖板厚度大于钢板厚度7倍左右时,钢板的面外变形可以受到有效约束。建议的简化计算方法可以较为合理地确定钢板与盖板之间的挤压应力,从而能够得到连接螺栓的拉力与混凝土盖板的弯矩。由简化方法得到盖板弯矩的分布规律与有限元分析结果完全相同,横向条带弯矩峰值与有限元分析结果总体上接近,竖向条带弯矩峰值略大于有限元分析结果,简化方法计算结果偏于安全。