低周反复荷载下T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙受力性能试验研究

为研究低周反复荷载下T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙的受力性能,对5个T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙进行了低周反复加载试验。基于试验数据,分析了T型组合剪力墙的破坏模式、滞回曲线、变形能力及耗能能力,重点研究了边缘约束条件、波纹类型以及轴压比不同变化参数对T型组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。研究结果表明:T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙破坏模式主要有压屈破坏和压弯破坏两种;设置边缘约束构件是提高T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙承载能力和变形能力的关键因素;纵向窄波纹钢板对内部混凝土的约束能力更强,在低周反复荷载下两者协同工作性更优,而横向窄波纹钢板试件强度退化最严重;采用全截面塑性设计方法进行T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验值与计算值吻合良好;T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙具有较好的承载能力和变形能力,可适用于高层及超高层建筑结构中。

窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系的抗震性能

针对钢结构住宅凸梁、凸柱和抗侧刚度不足的问题,提出一种新型窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系;通过与传统H形钢柱-平钢板剪力墙体系进行对比,确定内嵌波纹钢板布置方式,采用ABAQUS软件建立所提出体系的有限元模型,对所提出体系的抗震性能进行分析,探讨外部框架截面形式与布置方式、波纹钢板厚度与剪跨比等对所提出体系的抗侧承载力、耗能能力和塑性变形能力的影响。结果表明:所提出的体系具有较大的抗侧承载力和较强的耗能能力、塑性变形能力,极限抗侧承载力为设计值的1.73倍,具备一定的安全储备;横向布置的波纹钢板能有效减小其作用于框架梁柱的荷载;采用十字形异形柱使所提出的体系有更强的塑性变形能力;所提出体系中的异形柱偏肢宜沿剪力墙面内方向布置,内嵌波纹钢板厚度宜取为3~5 mm,剪跨比宜控制在1.25左右。

两边连接横向波纹钢板剪力墙的力学性能及板形优化

波纹钢板剪力墙作为一种新型抗侧力构件,其几何构造在一定程度上起到了加劲作用,避免了板面加劲肋的焊接问题。两边连接横向波纹钢板剪力墙可通过合理设计实现先屈服后屈曲,具有两阶段受力特征,初始抗侧刚度和残余水平承载力较高。采用有限元软件ABAQUS对两边连接横向波纹钢板剪力墙的滞回性能进行了系统的参数研究,给出了具有良好残余水平承载力的板形推荐建议。通过对影响波纹钢板剪力墙力学性能的高厚比、跨高比、波长、波形比和波纹角等几何参数进行分析,发现高厚比和跨高比对波纹钢板剪力墙抗侧性能影响最大,当波纹钢板高厚比在450~900之间,跨高比在0.7~1.0之间时,波纹钢板剪力墙具有良好的滞回性能和延性;波纹钢板的波形比及波纹角是影响两边连接横向波纹钢板剪力墙残余水平承载力和耗能能力的重要因素,波纹钢板的波形比控制在0.5~1.0之间且波形角控制在90°~120°之间时,两边连接横向波纹钢板剪力墙可获得足够的残余水平承载力。

波形钢板剪力墙受剪等效计算模型研究

采用理论分析和数值模拟相结合的方式,提出适用于波形钢板剪力墙弹性分析和弹塑性分析的等效计算模型:基于初始刚度等效原则,提出精细化模型与等效模型初始刚度比的概念,依靠初始刚度比修正等效模型的材料属性,将波形钢板剪力墙弹性等效模型的设计转化为初始刚度比计算公式的设计;结合数值模拟将波形钢板墙弹塑性等效模型的设计转化为波形钢板剪力墙弹塑性骨架曲线的设计,并拟合出骨架曲线相关参数设计公式,给出波形钢板剪力墙弹塑性等效模型的设计理论。

双层波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究

利用有限元软件ABAQUS分别建立平钢板混凝土组合剪力墙与双层波纹钢板混凝土组合剪力墙有限元模型,对2种钢板混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,验证波纹钢板代替平钢板的合理性。通过对4种波纹尺寸不同的钢板混凝土组合剪力墙进行对比分析,研究波纹直径与波幅对组合墙体抗震性能的影响规律。结果表明:将波纹钢板代替平钢板,能显著提升墙体的承载能力、耗能能力与整体刚度。波纹直径较小、钢板波折次数较多的组合剪力墙承载能力更强;波纹直径较大、钢板波折次数较少的组合剪力墙整体刚度较强。波幅等于半径的波纹钢板剪力墙具有更强的承载能力和耗能能力,整体抗震性能较好。

竖波钢板组合剪力墙截面性能及曲率分析

现行基于承载力的抗震设计方法缺乏对构件截面性能的准确反映,对于剪力墙等重要抗侧力构件在地震作用下的性能要求缺乏体现。竖波钢板组合剪力墙因内嵌波形钢板的几何形状优势,表现出良好的抗震性能,对其截面性能的分析有待研究。该文基于竖波钢板组合剪力墙的组合机理和破坏现象,提出截面曲率的理论计算方法,给出荷载-位移曲线转化为弯矩曲率曲线的计算过程,通过试验数据验证了理论计算方法的准确性以及数值计算模型的适用性。扩展研究波形钢板几何参数、约束边缘H型钢、分布钢筋规格等构造设置以及混凝土强度、钢材强度等材料性能变化在不同轴压力下对截面曲率和曲率延性的影响规律,相关性分析发现约束边缘H型钢是唯一与特征点曲率及曲率延性保持正相关的参数。该文分别提出竖波钢板组合剪力墙截面屈服、峰值、极限点曲率的简化计算方法并进行验证,证明了公式的准确性与适用性,可为竖波钢板组合剪力墙的弹塑性变形能力计算以及其损伤控制分析提供一定的理论支撑。

低屈服点波形钢板剪力墙减震耗能性能数值分析

为了研究低屈服点波形钢板剪力墙(corrugated steel plate shear wall,CSPSW)新型抗侧向荷载系统减震耗能性能,利用有限元软件ABAQUS,对16个CSPSW有限元模型进行横向单调和循环荷载作用下的减震耗能性能数值分析,并以波形钢板屈服强度和板厚为关键参数,综合分析其对结构抗侧性能、滞回性能、刚度退化、延性和能量耗散等性能的影响规律.研究结果表明:低屈服点CSPSW与普通钢板剪力墙初始刚度相同,但抗侧性能弱于后者;与普通屈服强度CSPSW相比,低屈服点CSPSW滞回曲线更饱满,耗能性能更好,且延性更好;随着波形钢板屈服强度降低,低屈服点CSPSW延性和耗能性能均提高,结构水平刚度退化加快;随着波形钢板厚度增大,低屈服点CSPSW初始刚度和结构耗能性能均提高,承载能力变化较小.

新型剪力墙钢结构体系建筑产业化技术研究

以新型剪力墙钢结构体系作为考察方向,重点研究钢管混凝土束剪力墙、异形钢管混凝土墙柱和波纹钢板剪力墙3种结构形式,采用理论研究、模型试验、软件分析、技术集成和工程示范等相结合的技术手段,依据钢管混凝土束生产、采购等产品的后端技术数据分析,进行了标准化、模块化和集成化建筑设计探索,分别完成了关键结构构件承载性能、建筑外保温材料防火性能和围护系统连接方式的试验研究,提出了钢结构外围护、保温、防火相结合的成套做法,改进了钢结构剪力墙的制作设备和施工工法,开发了适应典型气候区域的新型剪力墙钢结构体系成套技术,创新地采用战略加盟和“互联网+线下体验”的模式,将相应的技术成果进行产业化推广。

高延性波纹钢板剪力墙抗震性能研究

该文提出了一种具有高弹塑性屈曲荷载、大延性变形能力的梯形波纹钢板剪力墙,并通过试验研究和数值模拟,研究了墙板参数对其滞回特性、失效模式和抗震性能指标的影响规律。研究结果表明:波纹钢板剪力墙试件表现出优秀的滞回特性,墙板屈曲均发生在变形较大的弹塑性阶段,弹塑性屈曲位移角可达2%以上;墙板宽厚比的增大可以显著提高屈曲位移角和承载能力,面外波折角度的增大能够一定程度提高屈曲位移角和承载能力;墙板宽高比的增大会减小屈曲位移角,并导致屈曲后承载力退化加快。

波纹钢板剪力墙抗震性能研究综述

波纹钢板剪力墙因其具有较高的耗能能力、刚度、延性和屈曲稳定性,越来越受到研究人员重视.波纹钢板剪力墙构件应用于装配式结构体系中符合现代化建筑发展理念,其具有承载力高和抗屈曲的优势,但因材料为钢材则劣势是不耐火.本文综述了波纹钢板剪力墙参与结构抗震的发展历程,通过已有研究波纹钢板剪力墙中波纹钢板的几何特征、力学性能、组合方式、加劲肋影响和开孔布置等方面,分析各参数变化对结构抗震性能的影响.综述表明:波纹钢板剪力墙结构抗震性能较高,应用前景广阔,对结构碳减与装配式建造有着独特的优势,应从波纹板布置形式及其与边框架连接形式上进一步加强研究,从而提高其抗震性能与结构的稳定性,也为研究者对波纹钢板剪力墙研究提供依据与参考价值.

波纹钢板剪力墙抗侧性能研究

箱式模块化钢结构在数据机房工程中广泛运用。由于箱体要适合海上运输条件,箱体多采用波纹竖放形式。箱体结构在楼面竖向荷载作用下会产生竖向变形,进而影响波纹钢板墙的抗侧性能,造成抗侧刚度和抗震承载力退化现象。本文主要研究工作与成果如下:1)用ABAQUS软件建立波纹钢板剪力墙模型,分析未考虑竖向荷载作用时钢板墙的抗震性能,与规范公式进行对比。2)考虑部分竖向变形,分析波纹钢板剪力墙抗侧刚度与抗剪承载力的退化程度。

上海某实验室结构减震设计研究

无屈曲波纹钢板墙作为一种新型延性钢板剪力墙,在多遇地震下可为结构整体提供较好的抗侧刚度,也能在设防地震、罕遇地震下提供附加阻尼比,且不发生屈曲,是一种较好的承载、耗能双功能构件。以上海某科研实验室项目为例,介绍了无屈曲波纹钢板墙应用目的、工作原理、组成构件、设计流程、减震分析、节点设计等内容,为无屈曲波纹钢板墙在结构设计中的准确、有效应用提供参考。

内置分块波纹钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能分析

传统的钢板-混凝土组合剪力墙构造复杂、现场施工难度大,由于连续的钢板将剪力墙的混凝土一分为二,还可能导致墙体整体性变差。为克服上述缺陷,本文提出了一种内置分块波纹钢板的新型钢-混凝土组合剪力墙,并对其抗震性能进行了数值分析。基于ABAQUS有限元计算软件,首先验证了本文提出的建模方法的可靠性,进一步建立了内置水平、竖向分块波纹钢板-混凝土组合剪力墙的非线性数值分析模型。计算结果表明:墙体的滞回曲线饱满,具有良好的延性及耗能能力;波纹钢板的放置方向对墙体性能的影响很小;加大轴压比或减小高宽比都会降低墙体的延性。

波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究

为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明:波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢;ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明:承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考;H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。

波纹钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型钢板墙—波纹钢板剪力墙。设计了两个不同形式的波纹钢板剪力墙试件,采用低周往复加载试验,分析二者的破坏形式,对滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度及耗能性能等性能进行了系统的研究。研究表明:两种波纹钢板剪力墙均具有较高的极限承载力及初始刚度;屈曲承载力较高,屈服位移较小,能够较快地进入塑性耗能;滞回曲线较为饱满,不易发生捏缩现象。与横向波纹钢板剪力墙相比,竖向波纹钢板剪力墙的滞回性能及屈服后承载力更加出色。结果表明,在合理的参数设计下,所提出的波纹钢板剪力墙承载力高、耗能性能较强,是一种极具前景的新型抗侧力构件及耗能构件。

两边连接竖向波纹钢板剪力墙的抗侧性能

在对一个1/3缩尺两边连接竖向波纹钢板剪力墙拟静力试验研究的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS对两边连接波纹钢板剪力墙的抗侧机理进行了分析,并对波纹方向、板边约束构件尺寸、墙板宽度、墙板布置位置等设计参数以及竖向荷载对结构抗侧性能的影响进行了研究.结果表明:两边连接竖向波纹钢板剪力墙具有良好的抗震性能,且竖向波纹墙板更适合两边连接的形式;当未设置板边约束构件时,两边连接平墙板的承载力相比四边连接的情况下降高达42%,而两边连接竖向波纹墙板的承载力仅下降16%,两边连接横向波纹墙板则几乎完全失去承载力.两边连接竖向波纹钢板剪力墙的抗侧刚度和承载力基本与墙板宽度呈线性关系,而受墙板布置位置的影响较小,因此设计人员可根据建筑功能和结构性能需求自由调整.设置板边约束构件可进一步提高两边连接竖向波纹钢板剪力墙的承载力,当约束构件的截面积满足一定要求时,可与四边连接时一致.竖向荷载对两边连接竖向波纹钢板剪力墙的抗侧刚度基本无影响,但会降低结构承载力.

波形钢板剪力墙抗侧性能的有限元分析

为研究波形钢板剪力墙的抗侧力性能及验证钢板弹塑性本构模型和壳单元在钢板剪力墙有限元分析中的适用性,本文以平钢板剪力墙、水平和竖向放置的波形钢板剪力墙试验为基础,采用ABAQUS有限元分析软件建立了19个平钢板和波形钢板剪力墙模型,通过与试验数据对比验证了有限元分析模型的精度和可靠性,并进一步分析了钢板厚度、剪力墙高宽比和波形钢板波角等因素对其抗侧力性能的影响.研究结果表明:随内嵌波纹钢板厚度增加、剪力墙高宽比的减小,波形钢板剪力墙的抗侧力性能增强,且波角为30°和45°时,受力性能最佳.

往复剪切荷载作用下双波形薄钢板的弹塑性屈曲行为

为研究双波形薄钢板在达到或接近钢材屈服时的弹塑性屈曲行为,完成了4个不同螺栓间距的双波形薄钢板试件和1个单片波形薄钢板试件在往复剪切荷载作用下的拟静力试验。结果表明:设计合理的双波形薄钢板能够先达到全截面屈服抗剪承载力,然后在往复剪切荷载作用下交替发生弹塑性局部剪切屈曲,形成X形屈曲褶皱及撕裂裂缝而破坏;双波形薄钢板的极限抗剪承载力大于单片波形薄钢板的2倍,最大提高约18%;双波形薄钢板的滞回曲线表现出一定的“捏拢”现象,在其抗剪承载力达到峰值之后,随着滞回圈数的增加其抗剪承载力和卸载刚度退化明显,但其等效黏滞阻尼系数无显著下降;双波形薄钢板在剪切荷载作用下可分为弹性、弹塑性局部屈曲以及承载力退化3个工作阶段,由于波形钢板的“手风琴”效应,双波形薄钢板基本不具备屈曲后抗剪承载力,其极限抗剪承载力状态即为弹塑性局部剪切屈曲状态。

带可更换阻尼器的波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究一种带有可更换阻尼器的波形钢板剪力墙的抗震性能,对2种波形软钢阻尼器以及带有阻尼器的波形钢板剪力墙进行低周往复加载试验,分析阻尼器以及带有阻尼器剪力墙的力学特性,并采用ABAQUS有限元软件对试验进行模拟。研究结果表明:水平波形阻尼器具有良好的变形和耗能能力,竖向波形阻尼器具有较大的初始刚度和较高的承载力。带有阻尼器的波形钢板剪力墙具有较好的初始刚度和承载能力,更换阻尼器时剪力墙处于弹塑性阶段,阻尼器发生明显的面外变形,内嵌波形钢板脚部存在微小变形,阻尼器可以有效地保护剪力墙。更换阻尼器后的波形钢板剪力墙承载力有较小下降,滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力和延性,刚度退化缓慢。有限元模拟结果与试验结果吻合度较高。

波形钢板剪力墙拟静力试验及数值模拟

为对比波形钢板剪力墙和平钢板剪力墙的抗震性能,进行了水平、竖向波形钢板剪力墙试件和平钢板剪力墙试件的拟静力加载试验,并利用有限元软件对三种钢板剪力墙试件进行了非线性数值分析。试验及有限元分析结果表明:波形钢板剪力墙试件的承载能力和滞回性能显著优于平钢板剪力墙。有限元分析表明:三种钢板剪力墙模型的滞回曲线与试验试件的滞回曲线基本吻合,且模型的特征点位移、荷载与试验数据的相对误差在10%以内,模拟分析结果与试验结果吻合度较高,进而对钢板剪力墙深入研究;试验中发现约束边缘构件H型钢柱刚度不足,导致平钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,波形钢板剪力墙其腹板未能充分发挥其力学性能。从有限元分析结果可知,将H型钢柱更换为刚度较大的方钢管柱,可以有效防止钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,使得内嵌钢板的力学性能得以充分发挥,三种钢板剪力墙的抗震性能均有较大的提升,且其中竖向波形钢板剪力墙抗震性能最佳。在此基础上,以竖向波形钢板剪力墙为例,分析波幅和波长对其抗震性能的影响。有限元结果表明,随着波幅的增大,剪力墙的抗震性能逐步提高,但当波幅超过70mm时,其抗震性能提高的速度降低,随着波长的减小,剪力墙的抗震性能逐步提高,但由于波形钢板加工工艺的限制,波形钢板的波长为100mm左右时,剪力墙的抗震性能表现较好。