开缝钢板剪力墙的理论分析与数值模拟

开缝钢板剪力墙是一种新型的抗侧力构件,具有良好的延性和稳定的滞回性能,本文在理论分析的基础上,对开缝钢板剪力墙初始弹性刚度以及极限承载力估算公式进行了修正,利用公式对不同尺寸、开缝形式的开缝钢板墙进行了计算,并进行了非线性有限元分析。与试验结果对比表明,修正后的理论公式和有限元分析能够较好预估面外变形较小的墙板的性能,对墙板的极限承载力的估计值也能与试验值较好吻合,有限元结果很大程度上高估墙板的初始刚度。本文的分析和结论为开缝钢板剪力墙的数值模拟与手算复核提供了建议和依据。

装配式自复位钢框架-开缝钢板剪力墙结构试验研究

提出了一种新型带有开缝钢板剪力墙的装配式自复位钢框架结构,设计并完成该结构在低周往复荷载作用下的拟静力试验,研究其刚度、耗能性能、破坏模式以及复位能力。结果表明:该结构具有良好的开口闭合机制,震后自复位并通过更换钢板墙快速恢复主体结构功能。结构初始刚度高,耗能能力优。在水平荷载作用下,钢板剪力墙进入屈曲耗能,有效地保护框架主体结构。在达到规范规定弹塑性层间位移角限值1/50时试验结束,自复位钢框架基本处于弹性状态,残余开口较小,且试验过程中最大索力远小于屈服索力,为该结构能够承受更大的地震作用提供良好基础。

两侧边开缝钢板剪力墙弹性屈曲分析

提出一种新型的两侧边开缝的钢板剪力墙,并对其两侧边有无加劲肋的两种结构形式进行有限元弹性屈曲分析,分别讨论其临界屈曲荷栽和屈曲模态。对两侧无加劲肋的钢板剪力墙,给出用于其设计的屈曲系数公式,对两侧有加劲肋的钢板剪力墙给出具有参考价值的设计建议。

冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙力学性能研究

为研究适用于低层和多层冷弯薄壁型钢建筑的冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,简称CFS-WS),该文开展了1面普通CFS-WS和3面加劲CFS-WS的拟静力试验,得到了CFS-WS的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等力学性能,提出了其抗剪承载力设计值。试验结果表明:CFS-WS加载时依靠竖缝间钢板“扭转-恢复-逆向扭转”和型钢框架变形来共同抵抗水平荷载和耗散能量,试件破坏时钢板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承载力、塑性、延性和耗能能力,但其滞回曲线捏缩现象较为严重;加劲CFS-WS较普通CFS-WS而言,其抗剪刚度、承载能力和耗能能力更高,滞回曲线捏缩现象有所减轻。此外,通过加劲肋连接件将加劲肋和冷弯薄壁型钢梁柱连接成钢框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪刚度、承载力和耗能能力,大大改善结构的抗震性能。

开缝钢板剪力墙滞回性能研究

开缝钢板剪力墙的开缝形式能够改善结构破坏形式、提高耗能能力及延性。为研究不同开缝形式和开缝参数对开缝钢板剪力墙的滞回性能影响,利用ABAQUS有限元软件建立了开缝钢板剪力墙的数值模型。结果表明,有限元计算结果和试验结果吻合较好。设计了竖缝、斜缝和对称斜缝3种开缝形式,通过28个钢板剪力墙试件的计算分析发现开缝钢板墙能够很好地实现屈曲前屈服。开缝使得钢板墙的承载力和刚度明显下降,但滞回环饱满,具有较好的耗能性能;而对称斜缝钢板墙可获得较好的屈服耗能。研究结果表明:缝间墙肢宽高比为0.2时的钢板墙刚度和耗能性能较好;通过合理设置钢板墙中的开缝参数,可使得钢板墙具有可控的抗侧刚度和承载力,获得较好的抗震耗能能力。通过骨架曲线上的特征点对开缝钢板墙的受力过程进行分析,考察了缝间墙肢宽高比b/h和高厚比h/t对开缝钢板墙滞回性能的影响。

新型开缝钢板剪力墙应用于震害损伤评估的设计方法

通过在钢板中开挖一系列斜缝和竖缝形成了本文中具有震害损伤评估功能的新型开缝钢板剪力墙。由斜缝分隔而成的变截面钢板柱是实现震害损伤评估功能的核心元件,通过肉眼观测其是否发生面外扭转变形即可快速评估其所在结构的损伤情况。前期研究已经验证了利用此新型开缝钢板剪力墙进行震害损伤评估具有可行性,但尚未建立变截面钢板柱的设计公式。本文采用有限元分析方法研究了钢材屈服强度对震害损伤评估结果的影响,进而提出了适用于不同屈服强度的变截面钢板柱设计公式。最后,考虑到地震动具有随机性,研究了加载制度的随机性对评估结果的影响,分析结果表明加载制度的随机性对震害损伤评估结果影响甚微。

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.

开缝钢板剪力墙抗剪承载力分析

开缝钢板剪力墙是通过在钢板中开竖缝形成的一种新型抗侧力构件,由竖缝分隔而成的钢板柱是其基本单元,现有开缝钢板剪力墙极限抗剪承载力计算公式假定钢板柱端部全截面塑性。利用通用有限元软件ABAQUS进行参数分析,研究了钢板柱高宽比与高厚比对其极限抗剪承载力的影响。通过在钢板柱端部引入塑性区长度,对现有的抗剪承载力公式进行修正,同时考虑了较大侧向变形下拉力场对极限抗剪承载力的影响,最后给出了更加精确的开缝钢板剪力墙极限抗剪承载力计算公式。

开缝钢板剪力墙简化模型研究

基于日本学者Hitaka提出的开竖缝钢板剪力墙的初始弹性刚度公式,采用两种支撑体系简化计算开缝墙体。通过有限元建模分析,研究开缝参数不同时,简化模型模拟开缝钢板墙性能的差异,主要分析了简化模型与开缝墙体之间的弹性刚度误差、弹性刚度误差与开缝设计参数之间的关系,并对简化模型的计算公式进行修正,得到性能更加接近于开缝墙体的修正简化模型。

高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构性能分析

近年来,地震灾害频发,传统钢结构建筑震后残余变形大,修复困难,而自复位结构实现了震中微损、震后无需修复或稍加修复即可继续使用的抗震目标,受到国内外学者的广泛关注。近年提出的基于预应力技术和螺栓连接的新型高效装配自复位钢框架结构体系,在与传统自复位钢结构体系相近功能的前提下实现了无需高空张拉、施工周期短的高效装配目标。在此基础上,提出高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构并完成了结构拟静力试验研究。该结构主要由高效装配钢框架和开缝钢板剪力墙两部分组成,通过高强螺栓进行连接以实现高效装配,其中高效装配钢框架由钢柱和预应力钢梁组成,两者通过钢绞线和高强度螺栓进行连接。利用ABAQUS有限元软件对高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构试验进行数值模拟。高效装配钢框架结构中的钢柱、预应力钢梁以及钢板剪力墙等主体构件均采用C3D8R八结点六面体线性单元,预应力钢绞线采用T3D3三维三结点桁架单元,计算模型时考虑几何非线性和材料非线性的影响,数值模拟采用与试验一致的位移加载制度。试验与数值模拟在结构弹塑性层间位移角限值1/50时结束。将数值模拟与试验结果进行对比分析,验证有限元分析方法的可靠性。同时将高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构与没有设置开缝钢板剪力墙的高效装配钢框架性能进行对比,分析了两者的滞回曲线与耗能性能、刚度、自复位能力以及等效塑性应变,进一步研究高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构的抗震性能和开缝钢板剪力墙的作用。结果表明:数值模拟得到的滞回曲线、框架开口宽度等结果与试验结果吻合较好,能很好地模拟出节点开口闭合机制效果;高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构具有良好的开口闭合机制和自复位能力,初始刚度高,耗能能力良好,侧向承载力较高;高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构残余开口较小,试验过程中的最大索力远小于钢绞线屈服索力,高效装配钢框架除了柱脚处有轻微塑性,整体框架基本保持弹性状态,为结构承受更大地震作用提供良好基础。通过对高效装配钢框架-开缝钢板剪力墙结构与没有设置开缝钢板剪力墙的高效装配钢框架数值模拟结果进行对比分析可以看出,开缝钢板剪力墙可以有效提高结构的刚度和耗能能力,开缝钢板剪力墙屈曲耗能,很好地保护框架主体结构,从而在震后能够通过更换开缝钢板剪力墙快速恢复主体结构功能。