非加劲钢板剪力墙抗剪承载力参数分析

目的研究非加劲钢板剪力墙在侧向荷载作用下墙板的抗剪承载力,对钢板剪力墙边缘柱面内、面外刚度进行分析,为编制其设计方法提供理论依据.方法利用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,以参数分析方式研究了柱面内、面外刚度,高厚比λ以及跨高比L/h三个主要因素对墙板承载力的影响,并进行对比分析.结果建议非加劲钢板剪力墙与墙板相连边缘柱面内刚度ωh≤2.5、面外刚度/面内刚度≥0.2;在此基础上进行高厚比、跨高比因素影响下的参数分析,将有限元结果与现有中国规范计算结果进行对比,结果表明非加劲薄钢板剪力墙仍有较大潜力可以利用.结论笔者建议边缘柱面内、面外刚度形式简单合理,可用于设计时边缘柱的构造需求;现有规范设计方法大大低估了非加劲薄钢板剪力墙的承载力存在不足.

十字加劲钢板墙的简化模型

受薄钢板剪力墙简化计算模型——斜拉杆模型的启发,提出双向拉压杆模型(LY-S)来简化模拟十字加劲钢板墙,其简化计算方法有助于工程设计与模拟分析.利用有限元软件ANSYS对拉压杆模型进行单向荷载分析以及循环荷载分析,并与相对应的十字加劲钢板墙模型进行对比分析,验证了双向拉压杆简化模型模拟十字加劲钢板墙的合理性;双向拉压杆模型的初始弹性刚度较十字加劲钢板墙模型偏小,在内填钢板高厚比大于170时,二者拟合良好.

箱板式钢结构住宅组合加劲钢板墙抗震承载力分析

与传统钢板剪力墙结构不同,箱板式组合加劲钢板墙没有周边框架梁和框架柱,并且由墙板与加劲肋共同承受水平与竖向荷载.为解决一般加劲钢板墙在地震作用下面外变形大、刚度退化快、滞回捏缩严重等不足,提出一种组合加劲钢板墙形式.在对3个组合加劲钢板墙试件进行拟静力试验研究的基础上,对其进行有限元分析.探讨了钢板墙高厚比λ、肋板刚度比ηL和ηT及螺栓排布形式等三种参数对组合加劲钢板墙抗震承载力的影响.研究结果表明,肋板刚度比η对极限承载力的影响较小,钢板墙高厚比λ与螺栓排布形式对组合加劲钢板墙的抗侧刚度和极限承载力影响显著.基于试验和参数分析结果,提出组合加劲钢板墙受力模型;并考虑高厚比、加劲板与钢板的滑移两个关键参数的影响,建立了组合加劲钢板墙抗剪承载力计算公式.分析结果表明,所提计算公式能准确的反映该种钢板墙截面的受剪屈服程度,具有良好的计算精度和适用性.

盖板加强斜加劲钢板剪力墙受力性能

提出一种新型抗侧力体系——盖板加强斜加劲钢板剪力墙,运用有限元软件ANSYS15.0对斜加劲钢板剪力墙(DSW)、单侧盖板加强斜加劲钢板剪力墙(CSW-1)、双侧盖板加强斜加劲钢板剪力墙(CSW-2)结构进行单调加载、循环加载以及屈曲荷载研究,得到结构的荷载-位移曲线、滞回曲线、耗能能力、骨架曲线、屈曲系数、屈曲荷载等,对比分析了加强盖板斜加劲钢板剪力墙结构的受力性能。结果表明:单调加载条件下,加强盖板的存在提高了斜加劲钢板剪力墙的承载力和初始刚度,且双侧加强比单侧加强更优;循环加载条件下,加强盖板使得盖板加强斜加劲钢板剪力墙的滞回曲线更加饱满,刚度退化更缓慢,表现出良好的延性,且双侧盖板加强效果比单侧加强效果明显;斜加劲肋对内填钢板的平面外变形约束明显,盖板对加劲肋的平面外约束明显,可以在较小的用钢量下获得较大的弹性屈曲荷载增幅,是十分有效的加强方式,综合考虑加劲肋与加强盖板对结构弹性屈曲荷载的影响,建议肋板刚度比取30,盖板相似比取0.5。

无粘结十字加劲钢板剪力墙结构抗剪性能分析

十字加劲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧力耗能构件,但加劲构件与内嵌钢板无粘结时,其对内嵌钢板的作用尚需进一步研究。利用有限元分析软件ABAQUS,对单层单跨无粘结十字加劲钢板剪力墙结构的抗剪性能进行数值模拟,分析在水平荷载作用下,构件的受力破坏特征及抗剪性能。研究表明,无粘结十字加劲钢板剪力墙结构具有良好的延性及抗剪性能,内嵌钢板能承担更多的剪力,对周边框架不利作用的降低幅度与传统十字加劲钢板剪力墙基本相同。参数分析结果表明:框架柱轴压比、墙体高厚比和肋板刚度比是影响钢板剪力墙抗剪性能的主要因素。

爆炸作用下U形加劲肋加劲钢板结构的动态响应与破坏模式

基于数值模拟方法对爆炸作用下钢板和加劲钢板的动力响应和破坏模式进行了研究.采用显式非线性动力分析软件LS-DYNA,利用ALE和FSI算法建立了考虑爆炸过程及冲击波与钢板相互作用的数值模型,并基于试验数据验证了模型的准确性和可靠性,分析了不同工况下钢板、板式加劲肋加劲板及U形加劲肋加劲板在爆炸荷载下的动力响应和破坏模式.结果表明:在局部爆炸荷载下,U形加劲肋与板式加劲肋沿着加劲肋纵向不均匀变形,导致加劲板变形并破坏;2种加劲肋均可有效抑制钢板中心位置的变形,且U形加劲肋效果更显著;加劲钢板的破坏程度与加劲肋数量密切相关,合理布置U形加劲肋数量可以显著减轻钢板的破坏;增加U形加劲肋端头隔板有利于提高钢板的抗扭性能,减小钢板的最终开裂破坏程度.

非加劲钢板剪力墙的高阶弹性剪切屈曲分析

非加劲钢板剪力墙(SPSW)结构在水平荷载作用下易屈曲,形成主拉压应力场,并以拉力带方式提供水平承载力及抗侧刚度。传统拉杆模型(SM模型)用于非加劲SPSW结构分析或设计时忽略压力场的贡献,一般会低估高厚比较小的非加劲SPSW结构的抗侧能力。非加劲SPSW结构在水平力作用下会形成多波面外变形,与剪力墙板的高阶屈曲相似,可通过在修正的SM模型中引入对应于高阶屈曲的主压应力来反映压力场贡献,提高模型分析精度。考虑剪力墙板高厚比、高宽比及边缘构件刚度的影响,共设计66个单层、单跨和梁柱铰接的非加劲SPSW算例,并进行弹性屈曲分析。分析结果表明,高厚比及边缘构件刚度对非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数影响不大;随着剪力墙板高宽比的增加,非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数呈增大趋势。采用Matlab程序对66个非加劲SPSW算例的2~5阶剪切屈曲系数结果进行统计分析,并提出了简化公式。

非加劲钢板剪力墙国内外设计方法比较分析

钢板剪力墙已在高层建筑中开始得到应用,国外已有钢板剪力墙的设计规范,但中国对钢板剪力墙的设计方法规定还比较保守,其设计准则仍基于厚钢板墙的设计理念。本文根据美国规范AISC-341 2005、加拿大规范CAN/CSA S16-01以及中国的高层建筑规程对非加劲钢板剪力墙的设计过程进行了对比,对墙板的抗剪承载力,尤其是对薄板屈曲后形成拉力场的性能进行了相关实例的计算,并对设计结果进行了比较。结果表明,美国和加拿大规范在高厚比较大时,能较准确反映墙板的抗剪承载力;中国规范只是在高厚比较小时能准确计算其抗剪承载力,高厚比较大时,既不准确,也不经济。

天津诺德英蓝国际金融中心非加劲钢板剪力墙施工技术

阐述了钢框架——钢筋混凝土简体混合结构中钢板剪力墙的安装施工过程,通过介绍天津诺德英蓝国际金融中心塔楼钢板墙施工实例,从钢板剪力墙焊接顺序、焊接坡口选择、横竖缝焊道焊接顺序、钢板剪力墙二次深化设计等方面分析钢板剪力墙的施工难点,并提出了解决方案,在同类工程中有一定的参考价值。

非加劲钢板剪力墙的受力机理研究

为研究非加劲钢板剪力墙的受力机理,以钢板的高厚比λ和跨高比η为参数变量,设计8个钢板剪力墙试件,并根据高厚比λ的不同,将其钢板分为薄板、中厚板以及厚板.在ABAQUS中运用板的大挠度弹塑性理论对钢板剪力墙进行单向静力荷载作用下的数值模拟,系统分析钢板剪力墙的受力全过程,研究高厚比λ和跨高比η对钢板剪力墙受力性能、钢板破坏模式的影响.结果表明,随着侧向位移的增大,薄钢板剪力墙和中厚钢板剪力墙均经历了钢板弹性屈曲、拉力带形成、钢板屈服、梁端塑性铰出现的过程,其钢板破坏模式均为受拉屈服破坏,而厚钢板剪力墙的破坏过程为先出现梁端屈服,再出现钢板屈服,其钢板破坏模式为剪切屈服破坏,高厚比λ对钢板剪力墙的破坏模式影响较大;当保持钢板的高厚比λ一致时,跨高比η改变对钢板破坏模式影响较小.研究成果可为非加劲钢板剪力墙在实际工程中的应用提供理论基础.

基于简化模型的多层非加劲钢板剪力墙滞回性能分析

为验证文献[1]所提出的非加劲钢板剪力墙简化滞回分析模型的合理性,建立了2个3层单跨非加劲钢板剪力墙算例。以ABAQUS程序所建立的微观有限元模型的分析结果作为基准,采用PERFORM程序建立了2个非加劲钢板剪力墙算例的宏观简化滞回分析模型,进行了四种加载制度下的滞回性能分析,重点对比了两种分析模型在四种加载制度下所获得的滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度及累积滞回耗能。分析结果表明,文献[1]所提出的简化滞回分析模型可较好地预测多层非加劲钢板剪力墙的滞回性能、水平承载力、抗侧刚度及滞回耗能。

竖向荷载下加劲钢板剪力墙力学性能研究

对加劲钢板剪力墙试件在有限竖向荷载作用下进行了单向推覆加载试验,进行了力学性能研究,结果表明十字加劲钢板墙有很高的极限承载力和初始抗侧刚度,加劲肋能很好的抑制板的面外位移,竖向加劲肋的受力明显大于水平加劲肋。有限元分析表明,十字加劲肋能有效提高钢板墙的极限承载力和初始抗侧刚度;较小的竖向荷载对钢板墙的受力性能影响不大。

加劲钢板在荷载作用下的屈曲模式分析

通过理论分析与数值模拟的方法,验证了文中所用的基于MATLAB的约束有限元法的正确性与计算精度。介绍了三种最主要的屈曲模式:整体屈曲、局部屈曲和扭曲屈曲的特点以及判定标准。进而通过计算算例一和算例二,得到了三种主要屈曲模式所占百分比与加劲板的加劲肋数量以及加劲肋间距之间的关系。

非加劲钢板剪力墙时程分析与简化模型研究

在建筑工程中,以往对钢板剪力墙结构简化模型的验证多基于拟静力或单调加载进行,而很少关注其动力时程分析。为了研究简化模型在动力分析方面的适用性,论文取1个单跨4层的非加劲钢板剪力墙结构为基本模型,通过有限元软件ABAQUS采用精细模型对其进行了时程分析,并将其与多种简化等代模型分析结果进行比较。分析表明,混合杆系模型不仅能够准确地预测钢板剪力墙体系振动过程中的位移和加速度响应,而且能够估计钢板墙边缘框架内力,是1种有效的简化模型,具有用于实际设计分析的潜力。

内嵌加劲耗能钢板的箱形钢墩柱拟静力试验及数值分析

地震作用下钢桥墩根部易发生屈曲破坏且震后难以快速修复。基于可恢复功能理念与钢桥墩的受力特征,提出一种具备震后易恢复功能的新型箱型钢桥墩。此新型桥墩通过设置可更换的加劲耗能壁板以增强结构的耗能与变形能力,且震后能够快捷更换受损的耗能壁板以恢复桥墩力学性能。为研究设置加劲耗能壁板的箱型钢墩柱的抗震性能,选取耗能壁板上加劲肋的布置形式、轴压比及耗能板强度等作为影响参数进行拟静力试验,且通过有限元数值模拟,综合探讨此类新型试件在地震作用下的力学性能;并对比分析新型桥墩的受力特点和破坏机理,为此类钢墩柱的数值仿真提供理论基础。结果表明,增设内嵌耗能钢板后,试件的抗震性能得到较大改善;提高耗能板强度后,试件的水平承载力得到较大提高,但其延性与变形能力下降;有限元模拟结果验证了新型钢桥墩良好的抗震性能。在试验研究、理论分析与数值仿真的基础上提出此类新型钢桥墩承载力建议公式,并应用试验结果验证了公式的准确性。

内嵌式非加劲厚钢板墙现场焊接变形控制技术

就某超高层内嵌式非加劲厚钢板墙的焊接变形控制进行介绍,通过设置钢板墙安装对接措施,保证钢板对接精度,在钢板对接焊接前设置加固措施、焊接过程中控制焊接顺序,焊接完成后进行变形矫正的方法保证非加劲厚钢板墙的施工精度。

装配式开孔加劲钢板组合剪力墙抗震性能研究

为解决钢板组合剪力墙与建筑中的非结构部分连接问题,使钢板组合剪力墙在工程应用中更具有普适性,对一种采用内凹冲压件焊接对拉螺杆为连接件的开孔加劲双钢板组合剪力墙抗震性能进行研究。对9个开孔加劲钢板组合剪力墙进行拟静力试验,分析开孔布置形式、设置暗柱、轴压比等参数对构件承载力、延性、耗能等方面的影响。试验结果表明:开孔加劲钢板组合剪力墙均表现出压弯破坏模式,滞回曲线较为饱满,具有良好的延性和耗能能力;不同的开孔布置形式对墙体的承载力影响较小、对墙体延性影响较大;设置暗柱能够有效提高构件的承载力和延性;当轴压比由0.3增大到0.4,开孔加劲钢板组合剪力墙延性降低,但提高轴压比对其承载力影响不大。在试验研究基础上,对退化三线型恢复力模型进行改进,建立开孔加劲钢板组合剪力墙的骨架曲线和恢复力模型,由此模型得到的骨架曲线、滞回曲线和试验的吻合较好。

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.

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。