钢框架-带缝钢板剪力墙结构受力性能分析

本文对4种钢框架、6种带缝(两排)钢板剪力墙片(四周与构件无连接)和6种固接的钢框架-带缝钢板剪力墙结构在3种不同竖向荷载作用下的抗侧能力和往复荷载下的滞回性能进行了研究,并对比分析。结果表明:前两种结构的侧移刚度、抗侧能力相对较低,屈曲后刚度退化快;钢框架-带缝钢板剪力墙结构的侧移刚度、抗侧能力和耗能能力比前两种结构有明显的提高,说明钢框架与带缝钢板剪力墙片固接后工作协调性能良好。带缝钢板剪力墙片与钢框架-带缝钢板剪力墙结构的整体设计参数宽高比W/H,开缝设计参数开缝墙肢的高宽比h/b、宽厚比b/t、开缝墙肢与剪力墙的高宽比h/H对结构的抗侧能力和滞回性能有很大影响。W/H增大,结构的抗侧能力增强,滞回性能降低;h/b、b/t、h/H增大,结构的抗侧能力降低,滞回性能提高。

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.

带缝钢板剪力墙弹塑性简化分析模型

基于带缝钢板剪力墙的基本受力特点和变形特征,提出了一种弹塑性简化分析模型,并分别定义了模型的几何参数与非线性参数。为验证简化模型的正确性,分别对带缝钢板剪力墙以及钢框架-带缝钢板剪力墙结构进行Pushover分析。分析结果表明:简化模型计算得到的荷载-位移曲线与试验及有限元分析结果较为接近,可反映带缝钢板剪力墙的主要受力特征;简化模型可较为准确地反映协同工作时墙板对周边框架的附加作用力。

开缝薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

作为一种新型的抗侧力构件,开缝薄钢板剪力墙以弯曲链杆为主要的耗能构件,在不需要强大加劲体系的前提下,使弯曲弹塑性变形主要集中在弯曲链杆的顶部和底部,从而实现延性耗能.通过两片开缝薄钢板墙低周反复荷载试验,系统地研究了开缝薄钢板墙的破坏过程和破坏机理,得到了承载力,侧移刚度,延性和耗能能力等指标.试验结果表明,开缝薄钢板墙的承载力和侧移刚度能满足正常使用阶段要求,当内填板的整体面外屈曲、缝间板条和边缘加劲肋的弯扭屈曲不先于弯曲链杆的端部弯曲屈服时,开缝薄钢板墙有很好的延性和耗能能力,是一种理想的水平抗侧力构件.

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。

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。

侧边加劲带缝钢板剪力墙抗侧刚度及极限承载力计算

分析了侧向荷载作用下带缝钢板剪力墙面内变形时的受力特性,提出了考虑边缘加劲肋影响效应的带缝钢板剪力墙抗侧刚度计算公式,大幅提高了抗侧刚度估算公式的计算精度,利用该公式得到的计算值与有限元分析结果的误差可控制在3.5%以内.分析表明,随缝间墙肢宽度与墙板高度之比的增加或缝间墙肢高度与墙板高度之比的减小,面外变形对墙板极限承载力的不利影响增大.经合理设计,面外变形虽不足以引起墙板面外失稳,但会导致极限承载力下降,建议将这种不利影响的极限承载力折减系数考虑为0.9.将折减后的计算结果与非线性有限元分析结果进行对比,结果表明,考虑折减系数可以使得墙板的极限承载力计算公式偏于安全.这种抗侧刚度及极限承载力计算公式适用于屈曲前屈服的侧边加劲带缝钢板剪力墙.

框架-新型带缝钢板剪力墙抗震性能数值分析

蝶形和梭形两种不等高开缝形式的钢板剪力墙可以在提高墙板刚度和极限承载力的同时,保证其耗能性能不降低。本文将这两种新型带缝钢板剪力墙应用于钢框架结构中,采用数值模拟的方法对其滞回性能及耗能性能进行研究,并与内嵌传统等高开缝钢板剪力墙的框架结构进行对比分析。将壁式框架等代模型用于模拟不等高开缝钢板剪力墙受力特性,并将计算结果与ABAQUS壳单元计算结果进行对比。结果表明:相对于传统开缝钢板剪力墙而言,内嵌新型开缝钢板的框架结构的抗侧刚度和极限承载力均有显著提高,且具有良好的耗能性能;柱轴心压力对结构刚度影响不大,且对承载力的影响能控制在20%以内,对耗能性能影响不大,只是导致结构提前丧失工作能力;壁式框架等代模型可以较准确地模拟不等高开缝钢板剪力墙的受力特性。

四边简支开缝钢板剪力墙抗剪静力性能研究

采用ANSYS软件分析了四边简支的钢板剪力墙和开缝钢板剪力墙在静荷载作用下的力学性能,及影响其极限承载力和初始刚度的主要因素.分析了初始缺陷、边长比、宽厚比及缝间小柱的几何特征(缝间小柱高宽比和开缝宽度)对四边简支开缝钢板剪力墙极限承载力和初始刚度的影响;此外对四边简支的钢板剪力墙和开缝钢板剪力墙的抗剪静力性能进行了比较.

不等高开缝钢板剪力墙滞回性能分析

针对带缝钢板剪力墙开设竖缝后抗侧刚度和极限承载力大幅削弱的问题,提出蝶型和梭型2种不等高开缝形式,采用数值模拟的方法对不等高开缝钢板剪力墙的弹塑性屈曲性能及滞回性能进行研究,并与传统等高开缝钢板剪力墙进行对比分析。结果表明:通过不等高开缝形式提高带缝钢板剪力墙极限承载力和抗侧刚度的效果可观,极限承载力的增幅能达到15%以上,抗侧刚度的增幅能达到40%以上;对比传统开缝形式,蝶型开缝改善墙板延性,梭型开缝对墙板延性影响不大;蝶型开缝墙板加载前期耗能性能优越且加载后期性能下降平缓,而对于梭型开缝墙板,缝间墙肢宽度越大,则承载力越早下降到极限承载力的85%,所以此开缝形式仅适用于缝间墙肢宽度较小墙板。

框架-防屈曲开缝钢板墙体系设计方法的比较研究

防屈曲开缝钢板墙是一种新型的抗侧力构件,除具有一般钢板墙的特点外,还具有塑性性能好、滞回特性稳定以及可以独立地变化墙板承载力和刚度等优点。目前,有学者针对该结构体系提出基于性能设计的能力设计法和能力准则法,采用上述理论以及日本被动减震结构的设计方法(性能需求法),对1榀6层3跨的防屈曲开缝钢板墙结构算例进行了分析,比较研究了3种方法对结构性能的影响。计算结果表明:对于能力设计法,适当提高墙板的设计屈服位移,可以有效地增大结构的延性;能力准则法需要多次试算,结构性能指标不易控制,通过承载力控制设计墙板屈服位移,耗能效率较高;性能需求法得到的结构延性最好,但用钢量较大,应用于防屈曲开缝钢板墙设计,尚需解决框架梁设计、墙板屈服位移取值等问题。

带缝钢板剪力墙弹性抗侧刚度及简化模型研究

推导了带缝钢板剪力墙弹性抗侧刚度的理论计算公式,利用有限元软件分析了竖缝、纵向边缘加劲、边界约束、钢框架梁大小等因素对弹性抗侧刚度的影响。通过对比计算结果与试验数据,得到了弹性抗侧刚度的修正计算公式;在此基础上,提出了简单实用的带缝钢板剪力墙的弹性简化计算模型,并通过有限元分析对其正确性进行了验证。结果表明:柱状部抗弯刚度是决定弹性抗侧刚度的关键因素;弹性抗侧刚度修正计算公式以及弹性简化计算模型具有较高的精度。

带缝钢板剪力墙的承载力和开缝参数研究

介绍了带缝钢板剪力墙的屈服承载力、极限承载力、屈曲承载力的理论计算公式,对承载力理论计算公式进行了比较和分析,并在大量的有限元计算结果基础上,得到了确保带缝钢板剪力墙＂先塑性后屈曲＂的构造措施以及钢板墙外围尺寸和开缝参数的设计建议值。结果表明：考虑材料强化对带缝钢板剪力墙的极限承载力有近10%的提高;中间壁高度会影响柱状部的塑性发展程度;竖缝对钢板剪力墙的屈曲荷载有30%~40%的降低影响。

开缝和不开缝钢板混凝土剪力墙抗剪性能研究

为了避免钢板混凝土组合剪力墙中钢板出现剪切屈曲,同时也能调整结构的刚度,通过在钢板上开竖缝,基于ANSYS有限元程序,分析钢板边长比、高厚比及侧向混凝土板厚度对未开缝钢板混凝土组合剪力墙的极限承载力和刚度的影响;研究钢板边长比、高厚比、侧向混凝土板厚度及缝间小柱高宽比对开缝钢板混凝土组合剪力墙抗剪承载能力和初始刚度的影响,比较开缝和不开缝钢板混凝土组合剪力墙的抗剪性能.结果表明:混凝土板作为侧向约束的存在显著地提高了钢板混凝土剪力墙的极限承载力;钢板开缝后其极限承载力虽有所降低,但通过改变开缝特征调节了其极限承载力和初始刚度;边长比、高厚比和钢板开缝显著地影响剪力墙的极限承载力.

限制出平面屈曲开缝钢板剪力墙抗剪性能

为研究开缝对钢板剪力墙在横向力作用下的刚度、承载力、延性和滞回性能的影响,便于工程师在结构设计时对构件力学性能进行调整.采用ANSYS软件研究了在限制钢板出平面屈曲的情况下缝间小柱宽度b对开缝钢板剪力墙抗剪静力性能的影响,分析开缝钢板剪力墙的受力机理.研究结果表明:在限制钢板出平面屈曲的情况下,开缝钢板剪力墙各缝间小柱受力状态相近,且随其高宽比α变化有两种受力模式;开缝形式会影响开缝钢板剪力墙中框架对钢板的作用;改变开缝形式会影响钢板剪力墙的初始剪切刚度和承载力,但不能对二者进行分别调整.

钢框架-带缝钢板剪力墙结构的地震响应

为确定钢框架-带缝钢板剪力墙在8度多遇和罕遇地震作用下的抗震性能,利用ADINA有限元软件,建立受荷条件相同的10层钢框架和10层钢框架-带缝钢板剪力墙模型,运用非线性分析方法对其在EL-Centro波、Taft波及人工波作用下的地震响应进行模拟分析。结果表明:震害不仅与地震波加速度峰值、持续时间有关,还与地震波波形有关;同种地震作用下,钢框架-带缝钢板剪力墙的薄弱层部位比钢框架的高,但同种结构在多遇和罕遇地震作用下的薄弱层部位大致相同;两种结构在8度地震作用下均未发生倒塌,且在同种地震波作用下钢框架-带缝钢板剪力墙的层间位移角小于钢框架,证明钢框架-带缝钢板剪力墙具有良好的抗震性能。

钢框架-带缝钢板剪力墙结构抗震性能研究

利用ADINA有限元软件建立了具有不同参数的单层钢框架-带缝钢板剪力墙结构模型,并对其进行往复荷载作用下的性能研究,经对比分析选取了性能最优的模型。研究该模型在不同轴压比作用下的性能变化,并与相同尺寸的单层钢框架模型进行对比,结果表明:两种钢结构均具有良好的耗能性能;随着结构轴压比的增大,其滞回曲线越来越不饱满且侧移刚度、屈服荷载、屈服位移、破坏荷载退化较为严重;而钢框架结构随着轴压比的增大其性能下降速度快于钢框架-带缝钢板剪力墙结构。本文建立了10层钢框架-带缝钢板剪力墙结构,对其在9度罕遇地震作用下层间位移角进行了模拟分析,结果表明:钢框架-带缝钢板剪力墙结构在三种地震波9度罕遇地震作用下的最大层间位移角均小于《建筑抗震设计规范》中所规定的层间角位移限值,依然能满足"大震不倒"的设计要求。

钢框架-带缝钢板剪力墙抗震性能的有限元分析

对钢框架-带缝钢板剪力墙在EL Centro波、400cm/s2加速度作用下的内填板厚度对其抗震性能的影响进行了分析。结果表明,内填板的厚度对钢框架-带缝钢板剪力墙的抗震性能有很大影响。随着内填板厚的减少,顶点位移、基底剪力增加,滞回曲线的面积变大。

利用带缝钢板剪力墙耗能的自复位体系研究

应用有限元分析软件ANSYS对利用带缝钢板剪力墙耗能的自复位体系进行模拟。通过改变结构中钢绞线的初始预拉力、钢绞线的面积、开缝钢板的厚度等参数来分析结构的刚度、承载能力、复位能力和耗能能力。模拟分析表明:钢绞线的面积和钢板的厚度对结构的性能影响非常大;而钢绞线的初始预拉力对梁柱自复位节点脱开时的荷载以及极限荷载影响明显;合理的参数设计会使结构的塑性变形集中在开缝钢板区域;而梁柱钢绞线等主体构件保持弹性,可以重复使用;地震作用过后,只需更换钢板,便可对结构体系进行快速的修复,同时结构的抗震性能还基本保持不变。