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.

复合式金属阻尼器在高层剪力墙结构中的应用

将新型复合式金属阻尼器应用于某高层剪力墙实际工程结构。采用Perform-3D建立了结构的三维精细化非线性有限元模型,通过对结构在9度大震下的弹塑性分析,研究了该复合式金属阻尼器对高层剪力墙实际工程结构的减震控制效果。分析结果表明:加设复合式金属阻尼器后结构的耗能性能明显改善,结构的基底剪力减小20%以上,该复合式金属阻尼器在实际工程中具有良好的推广实用意义。

带自复位耗能连梁的剪力墙结构的抗震性能

为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤,实现震后结构功能的快速恢复,提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁。新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器。以一榀10层双肢剪力墙结构为例,对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性阻尼器的联肢剪力墙和普通钢筋混凝土连梁的联肢剪力墙进行了动力时程分析,对比分析了不同阻尼器对联肢剪力墙结构的减震效果。结果表明:地震作用下,结构变形和耗能都集中在连梁阻尼器上,但新型自复位连梁阻尼器对结构地震响应的控制效果要优于粘弹性阻尼器,新型复合连梁阻尼器在地震过程中表现出较好的自复位及耗能能力。

横波钢板混凝土剪力墙震损修复及抗侧刚度分析

为了研究震损横波钢板剪力墙构件快速恢复功能的可行性,设计横波钢板混凝土组合剪力墙(CSPCW).施加一定的初始损伤后,对墙趾受损部位进行修复改造使CSPCW成为带阻尼器钢板混凝土组合剪力墙(RCSPCW),并进行拟静力加载.为了验证阻尼器的可更换性,在RCSPCW层间位移角达1.25%时,更换阻尼器后再次对试件进行拟静力加载.试验结果表明:RCSPCW能够将损伤集中在阻尼器上,提升剪力墙延性及耗能能力.第二次更换阻尼器试件的滞回曲线比第一次更换阻尼器的更饱满,证明罕遇地震下更换阻尼器的可行性.采用ABAQUS对RCSPCW进行抗侧刚度数值拓展分析,发现剪跨比影响最大,体积含钢率影响最小.

带分离式软钢耗能器开缝组合墙核心筒结构抗震性能研究

为了控制剪力墙尤其是核心筒剪力墙由于高宽比较小,地震作用下剪力墙底部损伤严重,提出带分离式软钢耗能器开缝组合墙,研究表明带软钢耗能器开缝组合墙是以弯曲破坏为主、延性较好的抗侧力构件。以一典型框架-核心筒高层结构为研究对象,以带软钢耗能器开缝组合墙替代部分传统剪力墙,从结构整体响应、构件材料损伤、结构耗能、地震易损性等方面对比组合墙结构与传统低矮剪力墙结构的抗震性能差异。分析结果表明:带软钢耗能器开缝组合墙核心筒结构与普通核心筒结构抗侧刚度相当。强震作用下,与普通剪力墙核心筒结构相比,开缝组合墙核心筒结构的底层剪力墙耗能减少44%,核心筒混凝土最大压应变下降29%,避免了结构出现严重损伤,显著降低了耗能过于集中底层剪力墙。对比两结构地震易损性,开缝核心筒结构在轻微损伤、中度损伤、严重损伤三个性能水准下的超越概率比普通核心筒结构分别下降了9.22%,65.24%,84.59%。研究证明了在高烈度区,以带软钢耗能器开缝组合墙替代核心筒结构剪力墙,可以有效解决强震作用下核心筒底部剪力墙损伤严重问题,框架-核心筒结构可以获得更高性能水准。

带竖缝钢管束砼组合剪力墙受力性能模拟分析

为改善钢管束砼组合剪力墙的抗震性能,利用Abaqus有限元分析软件,对11片具有不同参数的带竖缝钢管束砼组合剪力墙进行数值模拟分析.在水平低周反复荷载作用下,模拟分析不同竖缝高度、竖缝数量和竖缝形式,对钢管束砼组合剪力墙受力性能的影响.模拟分析结果表明,带竖缝的钢管束砼组合剪力墙具有良好的受力性能,相比普通钢管束砼组合剪力墙,具有更优异的延性和耗能能力.随着竖缝高度和竖缝数量的增加,钢管束砼组合剪力墙的延性和耗能能力明显提升,但承载力和刚度有所降低;带多排竖缝的钢管束砼组合剪力墙与带单排竖缝的相比,延性和耗能能力更佳,承载力和刚度降低幅度也较小.有限元数值模拟分析为合理确定钢管束砼组合剪力墙的竖缝参数提供了理论依据.

带竖缝钢管束砼组合剪力墙受力性能试验研究

提出了一种新型开缝耗能组合剪力墙-带竖缝钢管束砼组合剪力墙.通过4片带竖缝钢管束砼组合剪力墙和1片不带竖缝钢管束砼组合剪力墙的拟静力加载试验,研究在低周反复水平荷载作用下,带竖缝钢管束砼组合剪力墙的受力性能,分析初始刚度、承载力、延性、耗能能力等性能,探讨不同竖缝高度、竖缝形式和竖缝数量等参数,对钢管束砼组合剪力墙受力性能的影响.试验结果表明,当钢管束砼组合剪力墙长度较长、剪跨比较小时,墙体剪切效应明显,其延性性能受到一定的限制.通过在剪力墙中设置竖缝,可以降低剪切效应,减小墙体总变形中剪切变形所占比例,改变其破坏状态,提高其延性性能.设置竖缝降低剪切变形影响、提高延性的同时,也会降低墙体的初始刚度和承载能力,但通过调整竖缝形式、竖缝高度和竖缝数量,可以在保证初始刚度、承载能力降低幅度较小的情况下,比较好地提高延性性能和耗能能力.

复合金属阻尼器在高层建筑中的抗震分析

通过对某高层建筑的数值仿真分析,研究了复合金属阻尼器在高层建筑中的受力特点和应用效果,指出经过合理的设计和布置,高层建筑层间位移角明显减小,墙与连梁的破坏程度减小,达到了良好的耗能减震效果,复合金属阻尼器可有效提高高层建筑的抗震性能。

带分布式金属阻尼器开缝组合墙抗震性能研究

剪力墙尤其是核心筒剪力墙作为(超)高层建筑的主要抗侧力和承重构件,由于高宽比较小,破坏形式往往为脆性的剪切破坏,地震作用下剪力墙底部损伤严重,震后修复极其困难,修复费用昂贵。因此,为了对高宽比较小的剪力墙进行改善,控制剪力墙的损伤,本文提出一种新型的开缝耗能组合墙,并从承载力、变形能力、耗能能力与破坏形态等方面对比组合墙与传统低矮剪力墙的抗震性能差异。分析结果表明:两者在承载力相差不大的情况下,开缝耗能组合墙的极限位移为低矮剪力墙的3.23倍,延性系数为低矮剪力墙的2.16倍,耗能系数为低矮剪力墙的1.91倍,在破坏形式上也有了明显的转变,由低矮剪力墙的剪切破坏转变为了开缝耗能组合墙的弯曲破坏。

新型自复位耗能剪力墙的数值模拟

为了提高剪力墙体系的耗能能力和复位能力,增强剪力墙结构震后可恢复性,提出一种新型自复位耗能剪力墙,该新型剪力墙在墙肢连梁中段断开安装耗能阻尼器,在墙角处开设水平缝,提供摇摆。介绍了新型自复位剪力墙的构造以及设计方法。通过非线性数值模拟,建立了新型自复位耗能剪力墙的精细有限元模型,并且以轴压比、单片墙肢预应力筋根数、预应力筋间距为分析参数,建立了6个数值分析模型,结果表明,墙肢轴压比的降低可以减小模型的残余变形,当轴压比为0.4时,最大残余变形率仅为4.5%;相比于SW4,当预应力筋增加一半时,残余位移减小了65.8%,因此,通过减小构件轴压比以及增加预应力筋来减小新型自复位耗能剪力墙的残余变形,提高复位能力的效果是显著的。

复合铅芯阻尼器减震性能研究及在剪力墙结构中的应用

剖析复合铅芯阻尼器的构成、作用机理与特点,对两个复合铅芯阻尼器进行了低周循环往复加载试验,试验结果表明,复合铅芯阻尼器屈服位移小,滞回曲线饱满,具有较大的耗能能力和较好的耐疲劳性能,采用双线性模型模拟阻尼器的力学性能偏保守,但对整体结构分析而言偏安全。最后将复合铅芯阻尼器首次应用在高烈度区山地高层剪力墙结构中,对附加复合铅芯阻尼器的高层剪力墙结构的耗能表现与减震性能进行了考察,分析结果显示,在多遇地震下,复合铅芯阻尼器使结构X向和Y向的层间剪力平均值分别降低了11.3%和15.6%,在罕遇地震下,复合铅芯阻尼器耗能占比达12%,阻尼器滞回曲线饱满,能够有效耗散地震输入能量和降低主体结构损伤,满足规范“大震不倒”的性能要求。

大宽厚比开缝组合钢板墙低周反复荷载试验研究

针对已有研究中开缝组合钢板墙开缝数量较多,使得墙板的抗侧刚度和承载力大大削弱的现象,对大宽厚比开缝组合钢板墙进行了试验研究。改进措施为采用预制混凝土板增加钢板的角部面外约束以防止墙板的整体屈曲。通过5个试件的反复荷载试验,研究大宽厚比开缝组合钢板墙的破坏模式、屈服承载力、极限承载力、延性、滞回性能以及耗能性能。试验结果表明,预制混凝土板角部设置约束装置可以有效避免试件的整体失稳,并改善大宽厚比开缝钢板墙的滞回性能。对大宽厚比开缝组合钢板墙试件进行的单调荷载和反复荷载作用下的有限元分析结果表明,单调荷载作用下的有限元分析结果明显低估试件的极限承载力,循环荷载作用下的骨架曲线与试验结果吻合较好,大宽厚比开缝组合钢板墙有明显的应变循环强化效应。相应地对大宽厚比开缝组合钢板墙极限承载力公式进行了改进。

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大。此后,在CPCSW的墙趾处安装了刚度匹配的拉压型可更换波形钢板阻尼器,得到了可恢复波形钢板组合剪力墙RCPCSW,并对其进行罕遇地震作用下的抗震性能试验,结果表明,RCPCSW在承载力与刚度下降不多的条件下,能减小剪力墙应力,将塑性应变集中于可更换阻尼器的耗能腹板上。对RCPCSW已损坏的阻尼器进行更换,重新加载至结构破坏,结果显示,RCPCSW再次加载时各项抗震性能曲线与初次加载基本一致,证明RCPCSW在罕遇地震作用后可通过更换墙趾阻尼器使抗震性能快速恢复。通过有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,骨架曲线与试验结果接近,说明有限元模型具有一定的可靠性;通过von Mises应力云图及PEMAG等效塑性应变云图对结构受力状态进行分析,说明阻尼器可集中应力及塑性应变,减小主体结构的损伤,使主体结构可在低损伤状态下经历多次地震而保持正常工作状态,提高主体结构抗震韧性。

超高轴压比新型自分缝组合剪力墙抗震性能试验及承载力分析

自分缝剪力墙是一种在大震时自动分缝形成若干大剪跨比分体墙的新型剪力墙,可有效改善剪力墙的抗震性能。为研究自分缝组合剪力墙的抗震性能,完成了4片新型自分缝组合剪力墙试验,研究了超高轴压比下自分缝组合剪力墙在低周往复荷载作用下的破坏模式、滞回耗能及截面应变分布规律。试验结果表明:新型自分缝组合剪力墙利用钢管与管外混凝土之间的粘结滑移失效可实现地震作用下的自动分缝,其破坏过程经历了整体墙、带缝整体墙、分缝墙三个阶段。新型自分缝组合剪力墙承载能力高,延性和耗能能力显著提升,有效避免了剪力墙发生脆性剪切破坏,表明其在超高轴压比下具有良好的抗震性能。在试验和理论分析的基础上,提出了自分缝剪力墙压弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。