带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙低周往复加载试验研究

为研究带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙的抗震性能,对1个型钢混凝土组合剪力墙和4个钢芯板混凝土组合剪力墙进行了循环往复加载试验;观察带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙在水平循环荷载下的破坏全过程,并分析该类剪力墙的滞回特征、变形能力、承载能力、耗能性能、刚度和强度退化能力。结果表明:钢芯板混凝土组合剪力墙的破坏模式主要为弯曲型破坏,滞回曲线较为饱满;配置钢芯板的剪力墙承载力、延性性能和耗能能力较优;PBL剪力键的构造方式可保证钢芯板与混凝土之间的黏结性能完好,PBL剪力键平放会导致剪力墙出现沿PBL剪力键的水平通缝,影响剪力墙承载能力的发挥,建议采用PBL剪力键竖放的构造形式。

外肋板式钢板混凝土组合剪力墙与钢梁节点抗震性能试验研究

外肋板式钢板混凝土组合剪力墙与钢梁节点是一种新型墙梁节点,设计并制作了四个足尺的外肋板式钢板混凝土剪力墙与钢梁节点模型试件进行低周往复加载试验,研究钢梁跨高比、外肋板宽厚比以及设置栓钉对试件的滞回性能、延性、耗能和刚度退化等抗震性能的影响。结果表明该节点具有良好的延性和耗能能力,外肋板对节点承载力有较大提升,跨高比较小的试件在弹塑性阶段具有更好的耗能能力,改变外肋板宽厚比和在墙侧设置栓钉对该节点初始刚度无明显影响,该节点荷载有两种传递方式,一种由外伸梁传至外肋板,再由外肋板传至剪力墙;另一种直接由外伸梁传递至剪力墙,前者占比更高。

循环荷载下单面外包混凝土组合剪力墙混凝土板厚需求

钢板外包混凝土组合剪力墙(C-PSW/CE)将混凝土板外覆于钢板单侧或双侧,为钢板提供平面外约束,避免钢板过早发生屈曲,使钢板抗剪强度得到充分利用。合适的混凝土板厚是C-PSW/CE抗剪强度发挥良好的关键,强震下C-PSW/CE有良好的延性是保证结构安全的前提。采用有限元模拟方法,研究了单面外包混凝土C-PSW/CE循环荷载下的承载力和钢板屈曲后抗剪机理;分析了混凝土板厚度、钢板厚度、栓钉间距、剪力墙高宽比对单面外包混凝土C-PSW/CE抗侧力性能的影响。结果表明,混凝土板厚和栓钉间距对循环荷载下C-PSW/CE承载力劣化影响很大;较小的栓钉间距是限制C-PSW/CE承载力过度劣化的有效措施,混凝土板厚度的增加对限制C-PSW/CE承载力过度劣化起关键作用。依据108个C-PSW/CE有限元算例的模拟结果,提出了罕遇地震下承载力劣化低于15%的单面外包混凝土C-PSW/CE混凝土板厚需求。

预制混凝土板对组合剪力墙抗剪静力性能的影响

采用ANSYS软件分析了预制混凝土板厚度和混凝土强度对钢板混凝土组合剪力墙承载力及初始剪切刚度的影响,通过与钢板剪力墙对比,探讨了钢板混凝土组合剪力墙的受力机理和破坏模式。研究结果表明:与钢板剪力墙相比,预制混凝土板能够有效地抑制钢板屈曲,明显地提高钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载力及初始剪切刚度,钢板的受力形式也发生了明显的变化。

钢板混凝土组合剪力墙-钢连梁外肋板节点抗震性能有限元分析

为研究钢板混凝土组合剪力墙-钢连梁外肋板节点在低周反复荷载作用下的抗震性能,利用有限元软件ABAQUS进行了分析,研究了轴压比、钢连梁跨高比、外伸梁段翼缘长厚比的变化对抗震性能的影响。结果表明,外肋板墙梁节点滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力,在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,满足节点延性的要求。轴压比对节点承载力和延性影响较小;钢连梁跨高比越大,节点承载力越低,延性呈上升趋势;外伸梁段翼缘长厚比增大,延性变差,承载力几乎不变,宜取18.75左右。

外肋板式钢板混凝土组合剪力墙与钢梁节点的受力性能数值模拟

以钢板混凝土组合剪力墙-钢连梁外肋板节点为研究对象,利用ABAQUS建立三重非线性有限元模型,考虑了不同外肋板高厚比、连接板宽厚比和外包钢板厚度对其抗震性能的影响。结果表明:外肋板墙梁节点滞回曲线有一定的捏缩现象,延性及耗能能力均满足抗震要求;外肋板高厚比由9.375降至5.357,节点模型的延性系数、能量耗散系数和初始刚度变化均不足8%;在连接板宽度为150mm时,较大宽厚比的模型延性较好;外包钢板厚度由10mm变化到4mm时,节点峰值荷载降低约16%,但模型刚度退化变缓、延性性能提高。

多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究

对竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙开展拟静力试验,对比分析各试件破坏特征、滞回性能、耗能能力、刚度退化及位移延性,采用ABAQUS软件建立数值模型并针对不同拼缝宽度、螺栓距厚比和混凝土板厚度的竖向拼装组合钢板剪力墙进行了参数影响研究。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低其耗能能力和抗侧刚度,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙是一种抗震性能更为优越的抗侧力构件,竖向拼装组合钢板剪力墙的耗能能力是横向拼装组合钢板剪力墙的1.3倍,且竖向拼装组合钢板剪力墙刚度退化相对缓慢;为保证组合钢板剪力墙具有较好的抗侧能力,螺栓距厚比为100和125时,其拼缝宽度分别不宜大于48 mm和72 mm;混凝土板约束刚度足够情况下,螺栓距厚比不宜大于125。

考虑多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

传统组合钢板剪力墙采用单块混凝土板拼装,其尺寸较大,运输吊装困难,考虑将单块改为多块预制混凝土板,进而提出了多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙。设计制作了竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙共3个缩尺比为1/3的组合钢板剪力墙试件,开展了低周反复荷载试验,对比研究了各试件的破坏特征、滞回性能、位移延性、耗能能力及刚度退化等抗震性能。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低组合钢板剪力墙的抗侧刚度和耗能能力,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙呈弯剪破坏形式,属于延性破坏,横向拼装组合钢板剪力墙在预制板间横向拼缝处撕裂破坏,呈现较为明显的剪切型破坏特征;横向和竖向两种拼装方式中,竖向拼装组合钢板剪力墙延性系数略小,但其他抗震性能指标如耗能能力、承载能力、刚度等均更为优越。

单面外包混凝土组合钢板剪力墙的混凝土板厚需求

外包混凝土组合钢板剪力墙抗剪承载力高、抗侧刚度大、耗能能力强,是一种有效的高层结构抗侧力构件。该构件利用钢筋混凝土板对钢板提供的侧向约束,使得钢墙板屈曲晚于剪切屈服。延性设计要求钢板进入剪切屈服后要有一定的变形耗能能力,混凝土板需达到一定的厚度才能保证钢板发生弹塑性屈曲。因此混凝土板厚需求是组合钢板剪力墙设计中的一个关键问题,但前人对于这方面的研究并不是很多。考虑栓钉间距、混凝土板厚度、钢板厚度、混凝土强度等级、墙板高宽比的变化对单面外包混凝土组合钢板剪力墙进行了弹塑性分析。基于有限元计算结果,提出了单面外包混凝土组合钢板剪力墙在层间侧移角小于0.4%时钢板不发生屈曲的混凝土板厚需求计算公式。

钢板混凝土组合剪力墙混凝土板厚需求

钢板外包混凝土组合剪力墙(C-SPW)具有较大的延性和较强的抗侧刚度。外包混凝土厚度是影响C-SPW性能的重要设计参数。考虑外包混凝土板厚度、内嵌钢板厚度及墙板高宽比的影响,对40个C-SPW有限元算例进行了单调侧向荷载下的弹塑性分析;得到了各算例内嵌钢板剪切屈曲对应的临界侧移角;以C-SPW临界侧移角等于多、高层钢结构弹性层间侧移限值0.4%为条件,结合简化理论公式和有限元分析结果,提出了混凝土板厚需求计算公式。

组合钢板剪力墙屈曲强度研究

钢板外包钢筋混凝土组合剪力墙侧向刚度大、延性好,是一种有效的抗侧力构件。薄钢板墙两侧或单侧的钢筋混凝土板通过焊接栓钉和粘结作用与钢板共同工作。混凝土板旨在防止钢板受剪屈服前发生整体屈曲或局部屈曲,外包混凝土板厚度的确定是组合钢板剪力墙设计的关键。采用有限元法对组合墙板进行了弹性屈曲分析;采用薄板理论建立了组合剪力墙屈曲强度简化计算公式;讨论了板边界条件、混凝土板高厚比、钢板高厚比、混凝土弹性模量及板高宽比对有限元计算与简化公式计算结果间差异的影响;基于简化公式和有限元计算结果提出了组合钢板剪力墙弹性屈曲强度计算公式,可用于确定外包混凝土板厚度需求。

带钢管混凝土端柱的装配式双面叠合剪力墙抗震性能研究

带钢管混凝土端柱的装配式双面叠合剪力墙(简称PDSWEC墙)是一种新型装配式结构抗侧力构件,具有预制构件自重轻、可全装配化施工等优点。为研究PDSWEC墙的抗震性能,通过对照试验现象,标定数值模拟参数,并基于有限元数值模拟的结果,根据2组共6个试件的滞回曲线,研究了PDSWEC墙的抗震性能参数;分析了不同轴压比、不同端柱钢管壁厚对PDSWEC墙抗震性能的影响。研究结果表明:PDSWEC墙的破坏模式为叠合墙体中部混凝土压溃,竖向接缝破坏;其滞回曲线饱满,捏缩不明显,耗能能力好;提高轴压比有利于提高极限承载力但会降低其延性,应对最大轴压比加以限制,增加端柱钢管壁厚对PDSWEC墙抗震性能的提高十分有限。

不同防火措施下双钢板混凝土组合剪力墙耐火性能研究

双钢板混凝土组合剪力墙已越来越多地应用于高层民用住宅建筑中,但是国内并无关于其的防火标准要求。采用蒸压加气混凝土板(ALC板)和非膨胀型防火涂料对结构进行保护,运用ABAQUS建立不同工况下的双钢板混凝土组合剪力墙模型,模拟轴压和单面ISO-834标准升温曲线共同作用下结构的温度场分布及变形情况,并对其抗火和耐火性能进行了分析。研究发现:随着受火时间增加,墙体截面温度梯度越来越小,受火30~180 min,混凝土中部温度与受火面钢板温度之差在67%以上;增大栓钉和对拉螺栓间距会增大受火初期墙体的轴向膨胀位移和轴向压缩变形量;受火180 min下,当高厚比大于16时,其对轴向膨胀位移值无明显影响;增大轴压比会减小受火初期墙体的轴向膨胀位移,且当温度相同时,墙体轴向压缩变形量越大。当采用20 mm厚ALC板或10 mm厚非膨胀型防火涂料时,结构温度均未达到结构临界温度,表明双钢板混凝土组合剪力墙的防火保护层厚度可进一步优化。

钢连梁与钢-混凝土组合剪力墙连接抗震性能研究

为了考察钢连梁与钢-混凝土组合剪力墙肢端板螺栓连接的抗震性能,考虑不同的连梁跨度和组合墙轴压比,设计并制作了4个1/4缩尺钢连梁与钢-混凝土组合剪力墙连接试件,在保持组合墙体恒定轴压力的情况下,对钢连梁施加竖向往复荷载,比较了试件的受力发展过程和最终破坏形态,分析了试件荷载-位移滞回性能、延性、耗能以及刚度退化等受力特征。结果表明:端板螺栓连接形式能够满足钢连梁与组合剪力墙连接区域的承载力、变形与耗能能力需求,承载力与刚度退化不明显;组合剪力墙边缘预埋钢构件与剪力墙其余部分的连接属薄弱部位,应予以加强;轴压比增大时,连接区域混凝土开裂、剥落现象更严重,峰值荷载、位移延性略有提高;连梁跨度增大时,连接区域参与耗能的程度加大,混凝土破坏会更严重。利用有限元分析软件对试件的荷载-位移骨架曲线进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合良好。

组合钢板剪力墙抗震性能试验研究

基于普通混凝土钢板剪力墙的构造形式及受力特点,本文提出了以预制水泥基轻型混凝土板作为钢板两侧保护墙板的新型组合钢板剪力墙。针对预制水泥基轻型混凝土板—钢板组合剪力墙的构造形式、抗侧刚度、抗震性能及破坏特点等方面进行了五个试件的水平推覆试验研究。结果表明,较大宽厚比钢板会产生较大的平面外变形,极限抗剪承载力较低;预制墙板对钢板的抗侧刚度及屈曲荷载都有所提高;钢板的约束形式对结构耗能、钢板屈曲形式及墙板破坏形式有较大的影响。

新型钢板剪力墙组合结构抗震性能试验研究

基于钢筋混凝土短肢剪力墙结构体系,提出了适用于小高层钢结构体系的新型钢板剪力墙组合结构形式。该结构体系包括三边固结约束、一边弹性约束的钢板-预制水泥基轻型混凝土板组合剪力墙,实腹式T形组合柱,不等翼缘钢连梁3个基本单元,其结构构成能够有效避免构件在房间内的凸角,便于门窗洞口的留设,并且能够提高结构的耐火极限。采用水平千斤顶施加往复荷载,对纯框架、新型钢板剪力墙组合结构试件进行了低周推覆试验研究。研究结果表明:钢板-预制水泥基轻型混凝土板组合剪力墙对纯框架结构的抗侧刚度有所提高,对结构体系的耗能能力提高较为明显;预制墙板能够提高钢板剪力墙的抗侧刚度及屈曲荷载;钢板的约束形式对结构耗能、钢板屈曲形式及墙板破坏形式有较大的影响。

哈尔滨工业大学金属与组合结构研究中心简介

哈尔滨工业大学金属与组合结构研究中心,由中国钢结构、钢-混凝土组合结构资深专家、中国钢结构事业的开拓者钟善桐教授创建,至今已有40多年的历史,形成一支以钢-混凝土组合结构为特色的研究队伍.钟善桐教授创建了国际钢-混凝土组合结构协会和中国钢结构协会钢-混凝土组合结构分会,他曾担任国际钢-混凝土组合结构协会的第一、二届理事长和名誉理事长.研究中心的张素梅教授曾任第八届国际钢-混凝土组合结构协会主席.

高层钢结构住宅岩棉保温装饰板围护系统研究

本文对岩棉保温装饰一体板应用于高层钢结构住宅进行了研究,针对北京某钢结构住宅工程,试验分析了岩棉保温装饰板与加气混凝土条板、涂厚型防火涂料钢板组合剪力墙两种基层墙体的拉伸粘结强度和单点锚固力,计算了岩棉保温装饰板外墙外保温系统的设计参数,对高层钢结构住宅工程应用岩棉保温装饰板外墙外保温系统进行了安全连接设计。