不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙,为了比较不同构造措施对该新型剪力墙抗震性能的影响,进行了3个剪跨比为1.5的钢管混凝土边框钢板剪力墙低周反复荷载试验。其中,试验模型1为墙体钢板与边框柱钢管焊接,试验模型2为墙体钢板与边框柱钢管螺栓连接,试验模型3为墙体钢板开孔并与边框柱钢管焊接。通过试验研究,比较了各剪力墙的破坏特征、滞回特性、承载力、刚度、延性以及耗能能力。结果表明：在墙体钢板与边框柱钢管的连接方式中,采用焊接或栓接对剪力墙的整体性能影响不大;与普通钢管混凝土边框钢板剪力墙相比,钢板开孔钢管混凝土边框钢板剪力墙在开孔率不大的情况下,其承载力、延性、刚度和耗能能力没有明显变化。     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的力学性能研究

采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10分别对方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙和非加劲薄钢板剪力墙进行了数值分析,对二者的受力特征、刚度、极限承载力、剪力分配及柱子的受力特征进行了研究.结果表明:当肋板刚度比为30时,十字加劲肋能够提高钢板剪力墙结构的弹性屈曲荷载、极限承载力、初始刚度,降低柱子轴压比对剪力初始分配的影响;在加载的初始阶段(顶点侧移角小于0.2％),钢板剪力墙承担了大部分剪力,随后墙板承担剪力的比例逐渐下降,框架承担的比例逐渐上升,当顶点侧移角达到1％时,框架和钢板剪力墙承担剪力的比例保持不变;方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的滞回环饱满,滞回性能稳定.由于薄钢板墙拉力场作用,方钢管混凝土柱壁易与混凝土发生分离,在设计时应予以注意.     

不同类型钢板剪力墙抗震性能的数值模拟

为了给钢板剪力墙在实际工程中的应用提供理论支持,在试验研究的基础上,通过ANSYS模拟了薄钢板、十字加劲及开缝钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的抗震性能,并与试验数据进行了对比,分析了滞回曲线、骨架曲线、内填板应力及变形等指标.结果表明:有限元分析与试验数据吻合较好,屈服荷载最大误差为10.9％,峰值荷载最大误差仅为1.4％;加劲肋使得内填板应力在小区格范围内发展更充分,但加载后期,加劲肋失效,对内填板面外约束作用微弱;柱脚和梁柱节点以下部位发生局部屈曲,导致整个结构失效.     

新型竖向连接的带暗支撑预制叠合剪力墙抗震试验研究

为研究得到带暗支撑的预制叠合板剪力墙合理的竖向连接方法,分别设计了1片带钢板暗支撑的局部高阻尼混凝土U型连接预制叠合剪力墙和1片带90°钢板暗支撑的局部高阻尼混凝土预制叠合剪力墙,并设计1片普通钢板暗支撑现浇剪力墙做对比,进行了拟静力试验研究,对比三个试件在受力作用下的承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、耗能性能、裂缝发展情况以及破坏形态。研究结果表明:采用U型连接的带暗支撑预制叠合板剪力墙与现浇带暗支撑剪力墙的承载能力以及抗震性能基本相近,90°暗支撑的预制叠合板剪力墙在减少钢材用量的前提下也拥有足够的承载能力和良好的抗震性能。     

钢管混凝土柱带钢板耗能键组合剪力墙抗震研究

提出了连排钢管混凝土柱带钢板耗能键组合剪力墙,它由钢管混凝土连排柱、柱间钢板耗能键、钢板耗能键外包混凝土条带三种单元组合而成。进行了4个不同设计参数试件的低周反复荷载试验研究。分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、滞回特性、延性和破坏特征,探讨了分灾耗能机制。研究表明:连排钢管混凝土柱带钢板耗能键组合剪力墙,承载力较大,后期刚度较稳定;混凝土条带在开裂与闭合过程中消耗地震能量,钢板耗能键通过弯剪变形消耗地震能量,钢管与混凝土条带共同工作协同耗能,具有良好的抗震耗能机制;这种新型组合剪力墙具有较强综合抗震耗能能力。     

基于修正Park-Ang模型的SCS剪力墙损伤指数研究

为研究双钢板混凝土组合剪力墙(Steel-concrete-steel composite shear walls, SCS)剪力墙在地震作用下的损伤演化规律,基于Park-Ang损伤模型提出修正后的SCS剪力墙双参数损伤模型,并采用OpenSees有限元软件对72个依照现行规范设计的SCS剪力墙试件进行分析,研究轴压比、剪跨比、暗柱配钢率、墙身配钢率对SCS剪力墙的极限位移、屈服位移、屈服剪力、累积滞回耗能等指标的影响,得到了适用于双钢板混凝土剪力墙基于变形和耗能双重准则的损伤模型。以对数正态分布作为分布密度函数来对双钢板混凝土剪力墙构件各损伤状态的累积概率密度进行拟合,得到了SCS剪力墙不同损伤程度对应的损伤指数范围。     

薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过4个薄钢板剪力墙和1个钢筋混凝土框架的试验，研究了薄钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的刚度、承载力、延性和耗能性能。试验表明，利用薄钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的刚度、承载力、延性和耗能性能。试验表明，利用薄钢板剪力墙作为抗侧力构件是可行的。在钢筋混凝土框架中设置薄钢板可有效地增加刚度，承载力和耗能性能。     

带竖向隔板的屈曲约束钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出了一种带竖向隔板的屈曲约束钢板剪力墙,通过角钢加劲肋的设置在内嵌钢板与外围约束混凝土板之间形成间隙,并在内嵌钢板中部设置竖向隔板。采用1/3缩尺模型,对该新型钢板剪力墙在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、等效刚度、承载力退化及耗能能力等性能进行研究。利用ABAQUS对试件进行了有限元模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明,由于该新型钢板剪力墙设置竖向隔板,避免了内嵌钢板的整体屈曲,延缓了混凝土板的破坏,改善了剪力墙的受力性能,是一种性能优越的新型钢板剪力墙。     

内加劲双钢板剪力墙抗震性能研究

为改善钢板剪力墙的“捏缩”效应,提出了一种新型耗能内加劲双钢板剪力墙。首先采用ABAQUS程序对典型的两边连接钢板剪力墙进行有限元分析,验证了模型建立、分析方法的正确性。其次进行了不同高宽比内加劲双钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙的有限元分析。分析结果表明,与加劲钢板剪力墙相比,文中所提的内加劲双钢板剪力墙滞回曲线的“捏缩”效应得到明显改善,承载能力和耗能能力得到显著提高。同时,进行了不同参数的内加劲双钢板剪力墙的有限元分析。分析结果表明,均匀布置且侧边自由长度取为中部加劲肋间距1/2的加劲肋布置方式,可使得内加劲双钢板剪力墙获得较高的承载能力和耗能能力;随着加劲肋间距的减小,内加劲双钢板剪力墙承载能力和耗能能力均逐步提高,考虑施工方便同时兼顾承载能力和耗能能力,建议加劲肋间距控制为500 mm为宜;不同加劲肋厚度的内加劲双钢板剪力墙的承载能力和耗能能力均相差不大。     

圆钢管混凝土边框剪力墙抗震性能试验研究

圆钢管混凝土边框剪力墙是在普通混凝土剪力墙基础上研发的一种新型组合剪力墙。其将圆钢管混凝土柱和普通混凝土剪力墙进行了优势组合,形成多道抗震防线。为了解该组合剪力墙的抗震性能,进行了3个1/5缩尺试件的低周反复荷载试验,其中包括1个圆钢管混凝土柱框架结构、1个普通混凝土剪力墙和1个圆钢管混凝土边框剪力墙。在试验研究基础上,分析了圆钢管混凝土边框剪力墙的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能能力及破坏特征。研究表明:圆钢管混凝土边框剪力墙的抗震性能比普通混凝土剪力墙显著提高,且其承载力、抗震耗能能力均高于圆钢管混凝土柱框架和普通混凝土剪力墙承载力、抗震耗能能力之和,可用于高层和超高层建筑的抗震设计。     

Experimental research on the seismic behavior of CSPSWs connected to frame beams

The seismic performance of composite steel plate shear walls (CSPSWs) that consist of a steel plate shear wall (SPSW) with reinforced concrete (RC) panels attached to one or both sides by means of bolts or connectors is experimentally studied. The shear wall is connected to the frame beams but not to the columns. This arrangement restrains the possible out-of-plane buckling of the thin-walled steel plate, thus significantly increasing the bearing capacity and ductility of the overall wall, and prevents the premature overall or local buckling failure of the frame columns. From a practical viewpoint, these solutions can provide open space in a floor as this type of composite shear walls with a relatively small aspect ratio can be placed parallel along a bay. In this study, four CSPSWs and one SPSW were tested and the results showed that both CSPSWs and SPSW possessed good ductility. For SPSW alone, the buckling appeared and resulted in a decrease of bearing capacity and energy dissipation capacity. In addition, welding stiffeners at corners were shown to be an effective way to increase the energy dissipation capacity of CSPSWs.     

内置钢板钢筋混凝土组合剪力墙数值模拟

内置钢板钢筋混凝土组合剪力墙具有良好的抗震性能,目前已在超高层建筑中得到越来越多的应用。采用OpenSees程序对普通钢筋混凝土剪力墙和钢板组合剪力墙试验构件进行模拟分析,验证了建模与分析方法的合理性与准确性,分析结果表明,该方法能够较好地模拟组合剪力墙的弹塑性行为。分析了轴压比和配钢率这两个关键参数对内置钢板组合剪力墙抗震性能的影响。计算结果表明,与普通钢筋混凝土剪力墙相比,内置钢板可以明显提高构件的承载力、延性和滞回耗能;轴压比和配钢率对组合剪力墙的抗震性能有较大影响。     

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。     

竖波钢板组合剪力墙震损修复研究

钢板组合剪力墙在强震作用下受损严重,震损修复问题较为突出。现设计一片以方钢管作为边缘约束构件的竖波钢板组合剪力墙,在最大弹塑性层间位移角时的震损情况进行分析:竖波钢板组合剪力墙边缘约束方钢管刚度较大,与墙体不匹配,最终发生方钢管从地梁拔动的脆性破坏模式。对竖波钢板组合剪力墙进行震损修复,得到墙趾可更换竖波钢板组合剪力墙,然后进行拟静力试验。试验结果表明:（1）在震损后的竖波钢板组合剪力墙的墙趾处安装阻尼器,其抗震性能基本得到恢复。（2）修复后的竖波钢板组合剪力墙承载力较修复前降低了23%,但延性和耗能能力显著提升。（3）改变了竖波钢板组合剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏。借助有限元软件详细讨论了内嵌竖向波形钢板厚度和波角、轴压比、阻尼器腹板数量对修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的影响,结果表明:改变内嵌竖向波形钢板厚度对试件抗剪承载力影响较大,而改变内嵌竖向波形钢板波角、轴压比和阻尼器腹板数量对试件抗剪承载力影响较小。结合有限元算例,提出修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的计算公式,可为工程实际提供参考。     

Analysis and seismic tests of composite shear walls with CFST columns and steel plate deep beams

A composite shear wall concept based on concrete filled steel tube （CFST） columns and steel plate （SP） deep beams is proposed and examined in this study. The new wall is composed of three different energy dissipation elements： CFST columns; SP deep beams; and reinforced concrete （RC） strips. The RC strips are intended to allow the core structural elements - the CFST columns and SP deep beams - to work as a single structure to consume energy. Six specimens of different configurations were tested under cyclic loading. The resulting data are analyzed herein. In addition, numerical simulations of the stress and damage processes for each specimen were carried out, and simulations were completed for a range of location and span-height ratio variations for the SP beams. The simulations show good agreement with the test results. The core structure exhibits a ductile yielding mechanism characteristic of strong column-weak beam structures, hysteretic curves are plump and the composite shear wall exhibits several seismic defense lines. The deformation of the shear wall specimens with encased CFST column and SP deep beam design appears to be closer to that of entire shear walls. Establishing optimal design parameters for the configuration of SP deep beams is pivotal to the best seismic behavior of the wall. The new composite shear wall is therefore suitable for use in the seismic design of building structures.     

钢管混凝土叠合边框内藏钢板-钢桁架双肢剪力墙抗震研究

在大连国际会议中心核心筒墙体抗震设计中,采用了一种钢管混凝土叠合边框墙肢内藏钢板、连梁内藏钢桁架的组合双肢剪力墙。为研究其抗震性能,进行了1个1/7缩尺的这种新型组合双肢剪力墙模型的低周反复荷载试验,分析了其承载力、延性、刚度及其退化、滞回特性、耗能能力和破坏特征,重点研究了钢管混凝土叠合边框、墙肢内藏钢板、连梁内藏钢桁架之间的共同工作性能。研究表明:内藏钢板-钢桁架可显著提高钢管混凝土叠合边框双肢剪力墙的承载力和延性性能;钢管混凝土叠合边框可充分发挥其承载力高、不易开裂、延性好的优势。文中提出了该新型组合双肢剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。     

型钢连接装配式低矮剪力墙抗震性能试验研究

采用带锚筋的锚板、腹板、端板以及加劲板作为连接件,能够通过干式连接方法将上下预制剪力墙构件连为整体。为研究该新型全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,设计了2个剪跨比为0.783的试件和1个相同剪跨比及配筋率的现浇整体墙体,并进行了低周往复拟静力试验,分析了该全装配式剪力墙的承载能力、刚度、延性性能和耗能能力等。研究结果表明:现浇整体墙体和全装配式剪力墙的破坏形式均为受剪破坏,全装配式剪力墙的极限位移角大于现浇整体墙体极限位移角,分别为1/77和1/133,轴压比为0.3时平均延性系数3.47,低于现浇整体墙体平均延性系数4.62;但该全装配式剪力墙具有较高的承载能力和耗能能力。型钢与剪力墙的锚筋需采用穿孔塞焊的形式连接,避免锚筋与锚板焊接的位置发生剪断的现象。