三边连接K形屈曲约束钢板墙受力性能研究

为解决三边连接屈曲约束钢板墙在自由边两个角部首先发生破坏的问题,文中提出了一种新型三边连接K形屈曲约束钢板墙。采用ABAQUS有限元软件对三边连接矩形和K形屈曲约束钢板墙进行受力性能分析,获得了屈曲约束钢板墙的屈服荷载、初始刚度、荷载位移曲线、塑性应变分布和屈服区分布。结果表明K形屈曲约束钢板墙的屈服荷载、初始刚度以及荷载位移曲线与矩形屈曲约束钢板墙相差不大,但在延性和耗能能力方面表现更佳。最后,提出了形式简洁计算精度较高的该类新型屈曲约束钢板墙的理论计算公式,可为K形屈曲约束钢板墙的工程设计提供参考。

分块盖板屈曲约束钢板剪力墙抗震性能研究

为了解决屈曲约束钢板剪力墙(以下简称钢板墙)混凝土盖板自重大、安装困难等问题,提出了一种新型屈曲约束钢板墙,采用竖向分块盖板代替整块盖板,使得单个盖板的质量大大减轻,便于运输和安装,标准化程度大大提高。弹塑性有限元计算结果表明,分块盖板屈曲约束钢板墙在水平往复荷载作用下,滞回曲线非常饱满,耗能性能优异,第2加载循环时承载力无明显下降,承载力高于按照JGJ/T380—2015《钢板墙技术规程》得到的结果。分块盖板屈曲约束钢板墙内嵌钢板应力分布均匀,在层间变形角达到1/50时,塑性应变为钢材屈服应变的8.0倍左右,钢板损伤程度远低于非约束钢板墙。随着盖板数量增加,各盖板的面外变形差异明显,但混凝土与钢筋的应力均较低。对于内嵌钢板厚度大、混凝土盖板数量多的情况,分块混凝土盖板对内嵌钢板的约束作用明显减弱。

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。

两边连接屈曲约束钢板墙的承载力和刚度计算

在屈曲约束钢板墙受力机理研究的基础上,利用理论分析方法对两边连接屈曲约束钢板墙的屈服承载力和初始刚度进行了研究,提出了屈服承载力和初始刚度的计算公式,分析得到了钢板墙横截面剪应力不均匀分布系数的变化范围并给出了建议计算公式和取值。利用建议计算公式对不同高度和不同宽度的两边连接屈曲约束钢板墙进行了计算分析,并与有限元方法和已有公式的计算结果进行了对比验证。对比表明本文建议计算公式相比其他公式形式简单,计算方便,具有更高的精度。

两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件的受力规律

利用理论分析和有限元方法对两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件(梁)的受力规律进行研究,提出了两边连接屈曲约束钢板墙与边缘构件的传力模型和边缘构件内力计算方法。利用等效支撑模型对所提出的边缘构件内力计算方法进行了验证,对不同层数和跨数的框架-屈曲约束钢板墙结构和框架-等效支撑结构进行分析,对梁、柱构件的内力进行了对比,分析了屈曲约束钢板墙布置方式对边缘构件内力、变形的影响。结果表明:所提出的方法能够准确计算屈曲约束钢板墙边缘构件的内力;建议屈曲约束钢板墙的宽度宜设计成大于跨度的1/3,并将屈曲约束钢板墙布置在跨度中间;如果屈曲约束钢板墙的宽度只能小于跨度的1/3,则宜布置在靠近梁端部。

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。

局部连接X型屈曲约束钢板墙受力性能研究

将X型屈曲约束钢板墙在上、下边与梁连接并在侧边与柱部分连接,即形成局部连接X型屈曲约束钢板墙。侧边局部连接可避免两边连接屈曲约束钢板墙梁端剪力过大,同时X型墙的中部削弱也避免了屈曲约束钢板墙易于在角部首先发生破坏的问题。采用有限元模拟的方法对局部连接X型屈曲约束钢板墙的受力性能进行了分析,研究发现增大侧边连接高度能够有效减小梁端剪力,而且结构的刚度和承载力也随之增大。通过参数分析确定了X型屈曲约束钢板墙侧边连接高度的建议取值,提出了局部连接X型屈曲约束钢板墙初始刚度和屈服承载力的计算公式,分析结果表明提出的理论公式具有较高的准确性。此外,还提出了局部连接X型屈曲约束钢板墙的等效支撑模型用于进行结构简化分析。

屈曲约束钢板墙理论研究及工程应用

本文主要介绍了TJ型屈曲约束钢板墙刚度和承载力计算公式。其中,TJ型屈曲约束钢板墙包括大高宽比、小高宽比以及开竖缝屈曲约束钢板墙三类。并针对屈曲约束钢板墙的约束板,通过理论推导和有限元分析,给出了完整的设计方法,主要包括刚度需求和承载力需求两方面。此外,为便于在框架结构中的设计和应用,将钢板墙等效为偏心交叉支撑。这种简化模型不但可以简便地在各种设计软件中进行建模分析,还可以较为准确地计算出屈曲约束钢板墙周边框架梁柱的内力。最后,结合屈曲约束钢板墙自身受力特点和良好的耗能能力,本文提出了防屈曲钢板联肢剪力墙结构的概念和关键技术。

四边连接开洞屈曲约束钢板墙简化分析模型

为简化四边连接开洞屈曲约束钢板墙结构的建模、分析和设计,提出采用等效多斜杆模型作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型。确定了合理的杆件数量、位置和斜杆截面面积分配比例。基于刚度和承载力等效原则给出了斜杆截面面积和等效材料强度的计算公式。利用有限元方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙和等效多斜杆模型进行了分析对比,验证了等效多斜杆模型的准确性。结果表明:提出的等效多斜杆模型不仅能够准确模拟四边连接开洞屈曲约束钢板墙的受力过程,还能较好地模拟开洞屈曲约束钢板墙对边缘构件的传力,结构的初始刚度、屈服承载力、荷载-位移曲线和边缘构件的内力大小与分布均符合较好,可以作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型进行结构分析与设计。

角部削弱开洞屈曲约束钢板墙受力性能研究

为避免四边连接屈曲约束钢板墙在周边非约束区特别是角部首先发生破坏,提出四边连接角部削弱开洞屈曲约束钢板墙。在钢板墙角部切除一定范围以消除角部应力集中的影响;然后在屈曲约束钢板墙中部沿45°方向错列开洞,实现钢板墙的塑性应变主要集中于墙体中部且保持较高的受力效率。利用经过模型试验结果验证的有限元分析方法对四边连接角部削弱开洞屈曲约束钢板墙的受力性能进行了参数分析,考虑了不同墙体尺寸和不同开洞率的影响,确定了合理的开洞间距和尺寸。分析表明,提出的开洞方案能够有效地减小屈曲约束钢板墙周边连接处的屈服区并降低塑性应变峰值,同时避免对边缘构件产生过大的附加内力,有利于四边连接屈曲约束钢板墙受力性能的充分发挥。

屈曲约束钢板墙平面形状的发展与演变

屈曲约束钢板墙是一种具有良好耗能能力的抗侧力构件,可用于提高结构的抗震性能。目前对屈曲约束钢板墙已经开展了大量的理论与试验研究,对墙体自身的受力性能及设计方法已经有了较为明确的认识。但对屈曲约束钢板墙的平面形状对其受力性能的影响还没有得到足够的重视。本文对屈曲约束钢板墙平面形状的发展和演变过程进行了总结,分析了矩形、I形和开缝屈曲约束钢板墙的受力特点及存在问题,并提出有必要进一步对两边连接矩形屈曲约束钢板墙进行形状优化,使其既具有良好的受力性能,又具有较好的经济性。

螺栓孔对两边连接屈曲约束钢板墙受力性能的影响研究

为了紧固屈曲约束钢板墙两侧的约束板,需要在钢板墙上开设螺栓孔。目前,在进行屈曲约束钢板墙初始刚度和屈服承载力的计算时并未考虑螺栓孔的影响。为此,本文研究了螺栓孔对两边连接屈曲约束钢板墙初始刚度和屈服承载力的影响,提出用折减系数来反映屈曲约束钢板墙初始刚度和屈服承载力的降低,并给出了两边连接屈曲约束钢板墙考虑螺栓孔影响的刚度和承载力折减系数计算公式。与有限元分析结果的对比表明,理论公式计算结果精度较高,具有较好的适用性。

屈曲约束钢板联肢剪力墙结构的弹性分析

高层结构常采用混凝土联肢剪力墙形式抵抗地震作用。然而在联肢剪力墙体系中,传统的连系构件(如混凝土连梁、钢连梁或钢骨混凝土连梁)均存在着各自的不足。提出一种新型的结构形式——屈曲约束钢板联肢剪力墙结构。通过在整体墙中部开设竖向贯通的洞口并均匀布置屈曲约束钢板组件来改进传统联肢剪力墙结构的抗震性能。其中屈曲约束钢板组件主要包括一片薄钢板以及布置其两侧的抑制其剪切屈曲的盖板。这种结构形式具有耗能能力强、可修复性能好并具有与整体墙相近的弹性抗侧刚度。基于连续化方法,研究了这种结构的弹性性能,提出了其刚度设计公式及强度设计理论公式。随后依据强度破坏准则推导出基于弹性设计的理论公式和方法。最后通过一个实际算例验证了所提出的设计理论及设计公式的正确性及在实际工程中的可行性。

屈曲约束钢板联肢剪力墙结构的弹塑性分析

屈曲约束钢板联肢剪力墙结构通过在整体墙中部开设竖向贯通的洞口并均匀布置屈曲约束钢板组件来改进传统联肢剪力墙结构的抗震性能。通过算例对比了整体墙及基于该结构改进的屈曲约束钢板联肢剪力墙结构在地震时程作用下的动力响应,发现了后者在减小地震响应上的优越性,具有良好的抗震性能。同时,提出了屈曲约束钢板联肢剪力墙的弹塑性分析简化模型,并根据理论分析,给出了简化模型中相应参数的设计公式。最后通过原模型及简化模型在地震时程曲线下的动力响应,验证了所提出的弹塑性分析简化模型的准确性和高效性。

屈曲约束钢板剪力墙边框刚度影响研究

为了考察边框刚度对屈曲约束钢板剪力墙抗震性能的影响,该文将带边框普通钢板剪力墙和屈曲约束钢板剪力墙作为研究对象,采用ABAQUS非线性有限元分析软件,计算边框刚度对构件受力性能的影响。计算结果表明,在水平往复荷载作用下,带边框屈曲约束钢板剪力墙的滞回曲线饱满,等效粘滞阻尼系数较大,边框柱与边框梁对侧向刚度、承载力与塑性耗能均有一定贡献。在1/50层间位移角时,屈曲约束钢板剪力墙边框柱与边框梁的内凹变形均很小,Mises应力均小于普通钢板剪力墙的边缘构件,损伤程度显著降低,说明对边框柱与边框梁抗弯刚度的要求可以显著低于普通钢板剪力墙。屈曲约束钢板墙内嵌钢板的拉力带分布均匀、细密,最大面外变形与损伤程度均小于普通钢板剪力墙。螺栓对盖板面外变形有很大的约束作用,当螺栓间距较小时,混凝土盖板与钢筋的Mises应力显著减小。现行技术标准中对非加劲钢板剪力墙边框刚度的规定,不能很好地适用于屈曲约束钢板剪力墙。

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。

四边连接开洞屈曲约束钢板墙的承载力和刚度

为避免对四边连接屈曲约束钢板墙在连接处首先发生破坏,提出在屈曲约束钢板墙上错列开洞使塑性应变主要分布在钢板墙内部,并通过形成斜向拉力带和压力带保证屈曲约束钢板墙具有较好的材料利用效率。利用理论分析方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙的屈服荷载和初始刚度进行了研究,提出屈服荷载和初始刚度的计算公式,公式形式简单、计算方便,与有限元分析结果的对比表明计算结果具有较高的精度。

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。

四边连接开洞屈曲约束钢板墙等效支撑模型

为简化四边连接开洞屈曲约束钢板墙结构体系的受力分析,提出用交叉中心支撑作为等代模型进行结构分析。等效支撑杆件的截面面积和材料强度按与四边连接开洞屈曲约束钢板墙的初始刚度和屈服承载力相等进行换算。利用有限元数值模拟的方法对提出的等效支撑模型进行了对比验证,分析结果表明该模型能够准确模拟四边连接开洞屈曲约束钢板墙的受力性能。