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。

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。

四角连接约束钢板墙的力学和滞回性能研究

通过理论推导和数值模拟,对四角连接约束钢板墙弹塑性屈曲性能、混凝土盖板最小厚度和滞回性能进行研究,给出了在设计四角连接约束钢板墙时,混凝土盖板厚度在弹塑性阶段的理论表达式.研究表明,四角连接约束钢板墙具有良好的延性和耗能性能,框架柱刚度及内嵌钢板与混凝土盖板间的缝隙对滞回性能影响不明显;随着内嵌钢板高厚比增大,滞回性能略有提升;极限承载力与滞回性能随着混凝土盖板厚度的增大而提高.

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。

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。

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。

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。

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。

两边连接屈曲约束钢板墙优化布置

两边连接屈曲约束钢板墙的布置方式对结构体系的刚度、承载力和边缘构件的内力有显著影响。通过对两边连接屈曲约束钢板墙边缘梁的承载力需求进行理论分析,提出通过屈曲约束钢板墙交错布置的方式降低边缘梁的承载力需求。以10层3跨平面钢框架结构为研究对象,采用有限元分析的方法对两边连接屈曲约束钢板墙的优化布置进行研究,通过水平荷载作用下结构荷载-位移曲线和边缘梁内力的对比,分析采用不同布置方案时结构体系的受力性能。结果表明:单跨布置屈曲约束钢板墙时,单块钢板墙交错布置、钢板墙二一间隔布置、两块钢板墙交错布置等方案可作为优选方案;多跨布置屈曲约束钢板墙时,边跨交错布置、人字形布置、X形布置可作为优选方案。采用提出的屈曲约束钢板墙优化布置方案可以使结构具有较大的侧向刚度,同时减小边缘梁的内力。

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。

屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为改善钢筋混凝土框架结构的抗震性能,将屈曲约束钢板墙作为抗侧力构件和耗能构件,应用于混凝土框架结构形成屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系。通过2个两层单跨缩尺结构模型的拟静力加载试验和有限元模拟,对屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构体系的滞回性能进行了研究,包括其受力过程、破坏模式、耗能能力、刚度退化和承载力退化等。研究结果表明,屈曲约束钢板墙-钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能,屈曲约束钢板墙不仅能够提高混凝土框架结构的侧移刚度和屈服荷载,还对结构的耗能能力、延性和冗余度等有较大的改善。试验模型的能量耗散系数最大可接近2.0,位移延性系数可达到10.0左右,均比纯钢筋混凝土框架结构有较大提高。基于上述研究结果,提出了屈曲约束钢板墙的滞回模型,与试验结果的对比表明,该滞回模型能够较好地模拟试验模型的受力情况,可用于该类结构的非线性动力弹塑性分析。

混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的位移限值

将屈曲约束钢板墙作为抗侧力构件和耗能构件应用于钢筋混凝土框架结构,即形成混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构体系。目前对这类结构在水平荷载作用下的位移限值并未进行研究,规范也无相关规定。利用模型试验和数值模拟的方法,对混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的受力性能进行了研究。分析了这种新型混合结构体系的受力过程与受力特点,并给出了弹性和弹塑性层间位移角限值的建议取值。建议混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的弹性层间位移角限值取为1/600,弹塑性层间位移角限值取为1/50。

钢筋混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构抗侧力性能研究

将屈曲约束钢板墙用于钢筋混凝土框架结构,提出了屈曲约束钢板墙与混凝土结构的节点连接构造。通过2个单跨两层模型结构的加载试验,研究了混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的抗侧力性能,包括其受力过程、破坏形态、破坏机制、抗侧刚度、屈服承载力和延性等。研究结果表明:混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构具有良好的抗侧力性能,屈曲约束钢板墙有效提高了钢筋混凝土框架结构的抗侧刚度、屈服承载力、延性和冗余度。利用理论方法计算了结构的抗侧刚度和屈服承载力,其结果与试验值基本接近。利用有限元方法对结构的受力过程进行了模拟,与试验结果的对比表明所建立的有限元模型及分析方法基本能够模拟试验模型的受力情况,可用于该类结构的进一步参数分析。

两边连接X型屈曲约束钢板墙的简化分析模型

为简化带有X型屈曲约束钢板墙的结构体系受力分析,提出用交叉支撑模型来模拟X型屈曲约束钢板墙。当钢板墙高宽比小于1.5时支撑点取在距墙边缘h/10处,当钢板墙高宽比大于等于1.5时支撑点取在距墙边缘b/6处。等效交叉支撑杆件的截面面积和材料强度按与X型屈曲约束钢板墙的初始刚度和屈服承载力相等进行换算。对提出的简化分析模型进行了对比验证,分析结果表明该模型能够准确模拟X型屈曲约束钢板墙及其在框架结构中的受力行为,且不受加载方向和钢板墙高宽比的限制,可以作为两边连接X型屈曲约束钢板墙的等代模型进行结构受力分析。

两边连接屈曲约束钢板墙动力分析简化模型研究

为简化两边连接屈曲约束钢板墙的动力分析,在等效支撑模型的基础上提出用等效桁架模型代替两边连接屈曲约束钢板墙。等效桁架模型的支撑点取在屈曲约束钢板墙与梁传力的合力点处,斜杆的截面面积和材料强度分别按与两边连接屈曲约束钢板墙的初始刚度和屈服承载力相等进行换算,竖杆的截面面积取屈曲约束钢板墙横截面面积的一半,材料强度与屈曲约束钢板墙相同。对三个不同层数和不同跨数的平面屈曲约束钢板墙-框架结构及相应的等效支撑模型和等效桁架模型分别进行了模态分析和地震响应分析,结果表明两种简化模型的地震响应均与原型结构吻合较好,但等效桁架模型能更准确地模拟原型结构的动力特性,具有更好的适用性。

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。