高层钢板剪力墙结构底部加强层抗震性能分析

采用非线性有限元软件Msc．Marc对高层钢管混凝土组合框架-钢板剪力墙结构底部四层两跨未加劲薄钢板墙模型进行了推覆分析与滞回分析。计算结果表明,组合钢板剪力墙结构具有良好的延性及稳定的滞回性能,结构进入弹塑性阶段后钢板墙的拉力带方向与CAN／CSA S16—01（2001）推荐公式吻合良好。根据分析结果,比较了不同分析类型及不同钢板墙厚度的影响。研究发现,考虑钢材强化及包辛格效应后,结构滞回分析的极限承载力将小于推覆分析的极限承载力;随着钢板墙厚度的增大,结构的弹塑性屈曲模态由局部屈曲向整体屈曲过渡;在罕遇地震作用下,钢板墙结构的底层边缘约束柱将产生较大的轴拉力,甚至被拉断而导致结构整体破坏。     

空斗墙抗剪性能试验研究及有限元分析

通过24片1/2模型的空斗墙墙体和3片1/2模型的实砌墙体,在低周反复荷载下试验,研究3种砌筑方式的空斗墙在2种高宽比、4种砂浆强度和2种竖向压应力的影响下,墙体的抗剪承载力和破坏模式。建立有限元分析模型,分析砌筑方式、材料强度、高宽比和竖向压应力对空斗墙抗剪性能的影响。研究表明:不同砌筑方式的空斗墙极限荷载接近,约为实砌墙体的60%～85%;抗剪承载力随着砖和砂浆强度的提高而增大;抗剪承载力随着高宽比的增大而减小,破坏模式从剪切破坏转变为弯曲破坏;当N/Nu=0.6左右时,抗剪承载力最大。在此基础上提出空斗墙的抗剪强度计算公式。     

开菱形孔钢板墙性能参数分析

提出一种开菱形孔钢板墙,采用有限元程序Abaqus对开孔参数和蝶形带参数进行数值分析,研究不同参数变化对其抗震性能的影响,结果表明:增大加劲肋宽度时,小高宽比开孔墙比大高宽比开孔墙的临界屈曲荷载增幅较大;当增大开孔参数α或β,或减小γ、θ,初始刚度和极限承载力都将增大,但延性将变差,耗能性能减弱,建议合理选择参数满足α≤0.25且β≤0.25,使蝶形带以弯曲变形为主;相对而言,大高宽比的开孔钢板墙具有更好的延性和耗能效率;初始缺陷幅值较小时,其对极限承载力的影响较小。采用壁式框架对开菱形孔钢板墙模型进行简化,分析表明该模型能满足工程精度要求。     

基于JC验算点法的钢骨超高强混凝土框架节点抗剪承载力可靠度分析

通过对试验数据的分析,将钢骨超高强混凝土框架节点的设计参数作为随机变量,采用可靠度理论中的JC验算点法,对框架节点抗剪强度承载力可靠度进行了分析,统计了可靠度随各因素的变化规律。结果表明,钢骨超高强混凝土框架节点抗剪承载力可靠度随节点核心区体积配箍率的增大而增大,随荷载效应比的增大而减小;当柱轴压比增大时,其可靠度先稍微增大,然后减小。     

水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构抗剪性能研究

为实现剪力墙结构震损后的快速修复，提出一种水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构(Repairable precast shear wall with horizontal steel connections, RPW-HSC),采用ABAQUS软件对高宽比为1.0的RPW-HSC试件进行建模分析，数值模拟结果与试验结果吻合良好。通过有限元参数化建模，研究钢制连接中剪切板的厚度、开缝处小钢柱的高宽比、钢板强度及轴压比对RPW-HSC试件抗剪性能的影响，建立RPW-HSC抗剪承载力设计方法。结果表明：RPW-HSC试件的刚度与抗剪承载力随剪切板厚度、钢材强度及轴压比的增加而增加，但参数过大会导致该试件由钢制剪切板破坏转变为上部预制混凝土墙体破坏；当钢制剪切板开缝处小钢柱高宽比小于3时，试件的破坏由开缝处小钢柱的弯曲破坏变成上部预制混凝土墙体的剪切破坏。因此，需控制合理的设计参数以实现RPW-HSC试件结构损伤可控及震损可修复。RPW-HSC试件抗剪承载力设计方法获得的理论计算值与试验值及有限元结果吻合较好，验证了抗剪承载力设计方法的准确性。     

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。     

防屈曲加劲肋钢板剪力墙试验研究

在综合考虑加劲肋型、组合型及防屈曲型薄钢板剪力墙优缺点的基础上,提出一种新型的防屈曲加劲肋钢板剪力墙。介绍了该新型防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙的构造与工作原理,设计了一个1:3的缩尺试验试件,对其进行了拟静力试验研究,系统地分析了该新型钢板剪力墙的抗震性能及破坏特征。试验结果表明,所提出的防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙具有较高的抗侧刚度、延性及耗能性能;预制混凝土板及加劲肋在一定程度上抑制了钢板的屈曲变形,充分地发挥了钢材的塑性,使其具有良好的滞回耗能性能;角部连接失效是导致试件破坏的主要因素。综上所述,所提出的防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙抗震性能良好,是一种较好的新型抗侧力构件。     

十字带侧板型抗剪连接件受剪性能试验研究

提出一种十字带侧板型抗剪连接件,以混凝土强度、抗剪连接件长度、抗剪连接件数量为参数设计四个试件,并进行往复加载试验,研究其破坏形态、剪力-位移曲线、骨架曲线、初始刚度、抗剪承载力和应变等指标。结果表明:四个试件的破坏形态基本一致,均由抗剪连接件与混凝土梁连接处率先产生裂缝,并向上端和下端发展,在混凝土出现压溃后达到极限状态;剪力-滑移曲线走势基本相同,均包括初始弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。另外,提高混凝土强度可增大试件初始刚度达16.44%,并能有效降低位移及应变;增大抗剪连接件长度仅提高试件初始刚度的4.25%,且对位移和应变的影响也较小;提高抗剪连接件数量可使初始刚度增大47.82%,抗剪连接件始终处于弹性,且有效减小位移和混凝土损伤,以及提高试件承载能力,满足弯剪分离式组合连接节点预期1mm最大位移的要求。     

插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力分析

在地震荷载作用下,水平接缝处为装配式剪力墙结构的薄弱部位。为了研究带插筋灌浆连接的预制钢筋混凝土剪力墙的抗侧承载力,并比较其与现浇钢筋混凝土剪力墙承载力的区别,本文在已有试验的基础上对现浇和插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙进行了有限元建模。在此基础上,本文定义了插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力折减系数并分析了轴压比、墙肢截面高度、墙肢厚度、灌浆料强度和插筋配筋率等参数对插筋灌浆连接装配式剪力墙破坏形态及承载力折减系数的影响。基于参数分析结果进行非线性回归分析,提出了插筋灌浆连接预制钢筋混凝土剪力墙承载力折减系数的简化计算公式。在工程参数的合理应用范围内简化公式计算结果与有限元计算结果吻合良好,可为插筋灌浆连接装配式预制钢筋混凝土剪力墙的抗震设计提供参考。     

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.     

考虑钢板与混凝土间粘结滑移的组合剪力墙模型化分析

应用ABAQUS对内置钢板的RC剪力墙在单调荷载作用下的荷载-位移特性进行了模拟分析;分析了轴压比、混凝土强度等级、高宽比和混凝土墙厚等参数对钢板与混凝土粘结性能的影响,发现了高宽比对粘结滑移影响最大,高宽比越大粘结滑移越明显,并降低了构件的抗剪承载力;混凝土强度等级对粘结滑移影响次之,混凝土强度的增加对钢板与混凝土间粘结性能略有提高。对比数值模拟结果与试验实测结果可知:ABAQUS仿真模拟与试验结果吻合较好。根据钢板与混凝土的粘结滑移模拟计算数据,修正了剪力墙抗剪承载力公式。     

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。     

SRC框格复合墙抗剪承载力计算及影响因素分析

SRC框格复合墙是在普通RC密肋复合墙基础上结合型钢混凝土概念而提出来的一种复合墙板,以轻钢龙骨代替框格内原有纵向受力钢筋,通过焊接或螺栓连接在梁柱轻钢龙骨节点处实现刚性或半刚性连接.在SRC框格复合墙模型试验基的础上,利用ANSYS程序对墙体受力过程进行了非线性有限元分析,提出了SRC框格复合墙抗剪承载力的实用计算公式,并对框格含钢率、轻钢强度等影响因素进行了有限元分析.研究结果表明:所提出的SRC框格复合墙抗剪承载力计算公式,与非线性有限元计算结果吻合较好,能够适应框格含钢率等不同因素变化的计算精度要求;提高肋梁中轻钢强度或含钢率可以有效提高墙体抗剪承载力,而不宜单独采用提高混凝土强度的方法.     

高强钢筋混凝土柱轴心受压承载力可靠度研究

课题组搜集186根高强钢筋混凝土轴压柱的试验数据,得到相关统计参数,选用JC法并利用MATLAB软件编制计算程序迭代求解高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标。分析不同荷载组合、钢筋强度、混凝土强度以及配筋率等参数对混凝土柱轴压承载力可靠指标的影响。研究结果表明:高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标随计算模式不确定性系数的增大而增大;随着荷载效应比的增大,可靠指标呈现出先增大后减小的趋势;可靠指标随钢筋强度的提高而减小,随混凝土强度提高而增大;随着配筋率的增大,可靠指标逐渐减小,高配筋率对轴压构件不利。     

中空暗缝RC剪力墙板拟静力试验及数值模拟分析

为明晰中空暗缝RC剪力墙抗剪机理和滞回性能,进行1榀1∶3缩尺单层、单跨中空暗缝RC剪力墙板拟静力试验,得到了试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、强度退化、延性和耗能能力。通过数值模拟分析了混凝土强度、中空暗缝厚度、缝间墙配筋率对剪力墙板水平抗剪承载力的影响。研究结果表明:试件滞回曲线呈捏缩状,耗能能力一般,但具有较好的剪切变形能力;试件最终呈中空暗缝剪碎、缝间墙两端形成弯曲塑性铰的破坏模式;随着混凝土强度的提高和中空暗缝厚度的减小,试件水平抗剪承载力呈增加趋势;缝间墙配筋率对试件水平抗剪承载力及损伤状态的影响较小。     

寒区黏土与结构接触面冻结强度特性试验研究

寒区土与结构接触面冻结强度可以视为是与土性、温度、含水量、界面粗糙度、法向压力等诸多因素直接相关的复杂函数形式,并直接影响到上部结构的承载能力及稳定性。以青藏高原黏土与不同粗糙度的钢板结构接触面为研究对象,通过不同含水率、不同温度及不同法向压力下冻结黏土与钢板结构接触面的直剪正交试验,研究土与结构接触面冻结强度的影响因素及影响程度大小,并对冻结强度的变化规律进行初步分析和探讨。研究结果表明含水量对抗剪强度的影响最大,在不同影响因素共同作用下,界面抗剪强度最小值为0.13 MPa,最大值为0.45 MPa。界面抗剪强度随含水量的增加、温度的升高而明显降低,随界面法向压力和粗糙度的增大呈明显增大趋势。界面强度基本可通过摩尔-库仑准则,利用界面的黏聚力和内摩擦角进行表示,并在文中给出了界面强度的参考值。     

基于ABAQUS的传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点有限元分析

在传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点抗震性能试验的基础上,采用ABAQUS非线性有限元软件对传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点进行单调荷载作用下的有限元分析。通过对模型的有限元分析,得到了此类节点的变形图、混凝土受拉损伤分布图、最大主塑性应变云图和单调荷载作用下的P-Δ骨架曲线等。并且对节点体积配箍率、轴压比及上梁和下梁间距等影响此类节点抗剪承载力的主要因素进行了分析。结果表明:利用ABAQUS对传统风格建筑钢筋混凝土梁-柱节点的有限元分析结果与试验结果符合较好;随体积配箍率的增大,节点抗剪承载力提高幅度降低;随轴压比的增大,节点抗剪承载力和延性均得到不同程度的提高;上梁和下梁间距的变化对节点抗剪影响较小,考虑到上梁和下梁的协调性及建筑的美观性,建议在不影响建筑的美观基础上,上梁和下梁间距可以适当增大,以提高节点的抗剪能力。     

可更换剪切钢板阻尼器偏心支撑框架分析

针对偏心支撑框架体系耗能梁段震后修复难度大、经济性差的问题,提出了采用剪切钢板阻尼器作为可更换耗能梁段的偏心支撑结构体系。采用ABAQUS有限元软件对国外已完成的可更换耗能梁段偏心支撑试验进行结构分析,验证了有限元建模的正确性,分别对不同腹板宽厚比、腹板钢材屈服强度、腹板加劲肋设置情况下的剪切钢板阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,研究了耗能梁段的变形机制、滞回耗能能力以及局部失稳、局部破坏形态。分析结果表明:剪切钢板阻尼器作为耗能梁段是可行的,阻尼器首先发生屈服,起到了主要耗能作用,在实际工程应用中建议剪切钢板阻尼器腹板宽厚比宜小于30,腹板钢材宜采用软钢及低屈服点钢,采用加劲肋来保证阻尼器不发生平面外屈曲。     

开洞薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

薄板墙的滞回曲线在零位移附近有零刚度现象,存在明显的捏缩效应,常规方法是直接采用中厚板或通过强大的加劲体系将薄板转化成中厚板,但这将降低薄板墙的经济性。通过两片开洞薄钢板墙低周反复荷载试验,系统地研究了开洞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,开洞钢板墙有较高的承载力和侧移刚度,延性和耗能能力很好。开洞不仅可以满足门窗洞口等建筑需求,而且可以减小内填板宽度,调节内填板与框架的刚度比,避免薄板墙的捏缩效应,使构件有更高的安全储备,开洞钢板墙是一种理想的水平抗侧力构件。     

钢板剪力墙结构边框柱的稳定性研究

钢板剪力墙结构是一种新型经济高效的抗侧力体系,由钢框架内嵌钢板组合形成。钢板剪力墙结构的边框柱在附加弯矩作用下常产生"沙漏"这种不良的破坏模式,为此加拿大CAN/CSA(S16-01)规范依据薄腹梁理论柔度系数ωt给出了钢板墙结构边框柱的最小惯性矩要求。薄腹梁理论适用于极薄板,而我国规范和实际应用中多选用厚板墙或加劲墙,板厚往往处于中厚板范畴,柔度系数ωt的适用性有待讨论。本文结合经典的边框柱柔度限值推导过程,利用承载力和应力均匀性两种评价方法,对CAN/CSA S16-01规范给出的柱柔度限值小于或等于2.5的适用性进行了验证。基于通用高厚比的概念给出了钢板剪力墙结构的弹性抗剪承载力,同时采用拉力场机制份额考虑了内嵌钢板厚度的影响,修正了柱柔度系数。研究结果表明钢板墙宽高比较大时,CAN/CSA S16-01规范限值不满足要求,柱柔度限值应缩小到2.1,对应边框柱的惯性矩要求应扩大为S16-01规范限值的2倍。