钢板开缝对钢板混凝土组合剪力墙早期抗裂性能的影响研究

针对钢板混凝土组合剪力墙早期开裂问题,研究了钢板开缝对组合剪力墙早期抗裂性能的影响。首先基于截面约束应变分布假定,推导了开缝钢板混凝土组合剪力墙在等温荷载作用下的混凝土约束应变近似计算公式。然后采用有限元分析方法,通过实例分析对比验证了近似公式的可用性。综合近似公式和有限元分析得出了在等降温荷载作用下,钢板开缝使得混凝土约束拉应变内增外减,缝间距或缝间钢板长度一定时,缝宽越大,内增外减效应越明显。最后通过分析和讨论得出,在一定条件下,通过对钢板开缝,能够提高钢板混凝土组合剪力墙的早期抗裂性能。

开缝钢板墙抗震性能的试验研究

为了研究开缝形式对开缝钢板墙抗震性能的影响,完成了6组共12片1∶4比例的开缝钢板墙试件的往复加载试验。试验结果表明:开单层竖缝钢板墙的屈曲形态是竖缝间板带的单独扭转屈曲形态(第一类屈曲形态),屈服与破坏集中在竖缝的端部,造成竖缝间板带逐渐断裂,导致试件的刚度与承载力逐渐下降,滞回曲线出现剪切滑移现象;开双层竖缝钢板墙的屈曲是板内对角方向形成斜拉带的整板屈曲形态(第二类屈曲形态),到剪切位移角超过4%,试件的承载力没有出现下降,且滞回曲线相对饱满;竖缝间板带的长宽比越大,试件的抗侧刚度与屈服承载力越低;与开单层竖缝试件相比,开双层竖缝墙板的抗侧刚度与屈服承载力均明显提高。建议的试件初始刚度和承载力理论计算结果与试验得到的结果基本一致。

开缝钢板墙等效交叉支撑模型

作为一种用于高层建筑钢结构抗侧力构件,开缝钢板墙已被验证具有良好的滞回耗能能力.在先前的1∶4缩尺开缝组合钢板墙试验中,发现开缝组合钢板墙在循环加载作用下,其极限承载力受循环应变强化的影响.通过足尺开缝组合钢板墙试验进一步验证了循环应变强化效应的存在;基于开缝钢板墙的受力性能,对普通开缝钢板墙和开缝组合钢板墙提出了统一的等效交叉支撑模型和等效支撑的恢复力模型,用于模拟开缝钢板的滞回特性.对4个普通开缝钢板墙试件和3个开缝组合钢板墙试件进行了计算机数值模拟,验证了等效交叉支撑简化模型的合理性.

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。

开缝钢板墙简化模型研究

开缝钢板墙是一种用于高层建筑的钢结构抗侧力构件。为便于其在实际工程中建模和分析,本文提出了3折线轴力-变形关系的简化交叉支撑模型,用于模拟两边连接开缝钢板墙的受力变形性能。对6个两边连接开缝钢板墙试件进行了数值模拟,验证了该简化模型的合理性;在一个设置有开缝钢板墙的5层框架结构体系中使用交叉支撑模型,并进行拟静力推覆计算,验证了该简化模型的可行性;还在该体系中使用了单斜撑简化模型,得到的结构体系的基本周期、破坏模式、结构塑性铰出现位置等结果与交叉支撑模型一致,而交叉支撑模型能更合理地反映框架梁的弯矩分布。

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。

多行开缝低屈服点耗能钢板有限元分析

提出一种新型多行开缝低屈服点钢板(multirow slit low-yield-point steel plate,MSSP)的减震阻尼器。基于低屈服点Q160钢试验数据和ABAQUS有限元模拟,进行了MSSP和未开缝低屈服点钢板阻尼器的性能比较。通过MSSP数值计算分析,给出了MSSP参数的适用范围以及屈服承载力的理论修正公式;同时,研究了MSSP多排缝的存在条件和MSSP滞回性能。经对8度罕遇地震作用下安装Q160MSSP多层钢框架结构的动力弹塑性时程分析,在时域内进一步验证了MSSP对钢框架结构减震的有效性。

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。

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。

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.

开缝钢板阻尼器及其在斜拉桥结构中的应用

为了研究开缝钢板阻尼器对大跨度全漂浮体系斜拉桥结构横桥向的减震效果,本文运用大型通用有限元软件ABAQUS对开缝钢板阻尼器进行数值分析,分析了开缝钢板阻尼器几何参数对其力学性能的彬响,并验证了开缝钢板阻尼器的初始刚度和抗剪承载力理论公式。在MIDAS CIVIL中建立全漂浮体系大跨度斜拉桥模型,对安装开缝钢板阻尼器和未安装开缝钢板阻尼器的两种斜拉桥结构模型分别进行了横桥向地震作用下的弹塑性时程分析。结果表明:开缝钢板阻尼器能够有效减小大跨度斜拉桥结构横桥向的地震响应,是一种可用于大跨度斜拉桥结构横向减振餉有效的耗能装置。

路缘石快速灌缝饱满及防污染勾缝施工技术

路缘石安装时相邻两块路缘石之间缝隙的灌缝质量直接决定其观感效果,为了能最大效果地对路缘石进行防护,避免路缘石的边角经重物碾压或者撞击产生破裂、缺角等问题,路缘石间缝隙必须灌注饱满;路缘石施工时通过使用快速灌缝饱满及防污染勾缝施工技术,达到了快速饱满灌缝、防止路缘石被污染的目的,提高了施工效率,保证了工程质量,降低了建设成本。

开缝钢板墙及其在高层钢框架结构中应用试设计

介绍6组共12个1∶4缩尺开缝钢板墙试件往复加载试验研究。试验结果表明,由于钢板中对角拉带作用的存在,开设双层竖缝钢板墙的性能比开设单层竖缝钢板墙的性能更好。根据试验结果并结合理论分析,建议考虑板带端部附加变形影响的开缝钢板墙抗侧刚度与受剪承载力计算公式。以北京长富宫饭店钢框架结构为背景,试设计了一填充开竖缝钢板墙的框架结构,基于结构弹性层间位移角满足要求与墙板屈服时侧移角不小于1/300的原则,介绍了布设开缝钢板墙的方法与结构抗震设计过程,通过对新设计结构与原结构弹塑性时程分析结果及用钢量的比较,表明设置开缝钢板墙不仅可以提高框架结构的抗侧刚度,改善整体结构的抗震性能,而且可以节省钢材,震损后易于更换,是改善框架结构抗震性能的一种有效方法。

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。

开缝钢板加固既有钢筋混凝土剪力墙抗倒塌性能试验研究

老建筑中小跨高比剪力墙的抗震能力往往不能满足当前的抗震设计要求,尤其是底部或转换层中的剪力墙,在高轴压比下容易发生脆性剪切破坏而导致整个剪力墙体系的倒塌。为了提高既有小跨高比剪力墙在地震中的抗倒塌性能,提出了一种新型的开缝钢板加固法。研究了开缝钢板加固法对钢筋混凝土剪力墙的破坏形式、滞回曲线、延性和抗倒塌性等受力性能的影响。按照高宽比1∶1的比例制作4个钢筋混凝土剪力墙试件,并对其中的1个试件使用未开缝钢板进行加固和对2个试件使用开缝数量不同的钢板进行加固。通过低周反复荷载及高轴力试验表明,未进行钢板加固的剪力墙和采用未开缝钢板加固的剪力墙均发生了倒塌破坏。而采用开缝钢板加固的剪力墙未发生倒塌破坏,并且其延性和耗能能力都有所提高。

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。

IRR柱承台局部压应力分布及其计算方法

为实现框架结构的震后性能快速恢复,提出一种带可替换开缝钢板阻尼器的新型性能可恢复摇摆柱(简称IRR柱),对IRR柱柱底承台在承载力极限状态下局部压应力的分布规律开展研究.采用ABAQUS软件建立精细化的IRR柱有限元模型,研究轴压比、钢板阻尼器厚度等参数对柱底承台局部压应力分布的影响规律,并提出相应的计算方法.研究结果表明:文中提出的计算方法能够较为合理地计算IRR柱柱根承台局部压应力值,且IRR柱的局部压应力大小随着轴压比和阻尼器厚度的增加而显著增大.