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钢管束—混凝土组合剪力墙抗震性能研究及设计计算

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钢管束—混凝土组合剪力墙抗震性能研究及设计计算

作者：赵亚菲烟台大学

学位级别：硕士

钢管束混凝土组合剪力墙是由方钢管和U型钢管焊接,并在钢管内浇筑混凝土而成的一种钢-混凝土组合剪力墙,作为结构的主要抗侧力构件,它不仅具有较高的承载能力和良好的抗震性能,而且能够实现模数化设计、工厂化生产和装配化施工。本文在... 详细信息

钢管束混凝土组合剪力墙是由方钢管和U型钢管焊接,并在钢管内浇筑混凝土而成的一种钢-混凝土组合剪力墙,作为结构的主要抗侧力构件,它不仅具有较高的承载能力和良好的抗震性能,而且能够实现模数化设计、工厂化生产和装配化施工。本文在试验的基础上,对钢管束混凝土组合剪力墙的力学性能及其影响因素进行了对比分析,提出了低周反复荷载作用的恢复力模型及模型参数,根据恢复力模型绘制了滞回曲线,并与试验曲线进行了校核分析,提出了承载能力计算公式和刚度计算公式等设计方法与建议。主要研究内容及结论如下:（1）以轴压比、剪跨比及钢管束钢板厚度为参数,对钢管束混凝土组合剪力墙的低周反复荷载性能进行了试验研究。在试验研究的基础上,分析了轴压比、剪跨比、含钢率等指标对墙体破坏形式、承载能力、刚度、延性及耗能能力等的影响。结果表明,尽管钢管束混凝土组合剪力墙有良好的滞回性能,但剪跨比、轴压比、含钢率等参数对其性能有显著的影响。（2）轴压比、剪跨比及含钢率对钢管束混凝土组合剪力墙力学性能的影响,集中体现在剪力墙端部钢管束的受力及其屈曲破坏上。不同剪跨比、轴压比及含钢率的情况下,端部钢管束发生屈曲破坏时墙体的水平荷载、变形等性能是不同的,直接决定墙体的滞回性能。本文对端部钢管束的屈曲进行了理论分析,计算了端部钢管束管壁不发生屈曲的宽厚比和长宽比,进一步阐述了钢管束混凝土组合剪力墙的破坏机理,为钢管束剪力墙的管束尺寸及管壁厚度设计提供了理论依据。（3）基于对低周反复荷载试验结果的分析,应用条带法对剪力墙的正截面承载能力进行了分析,并总结出简化计算公式。经比较校核,计算结果与试验结果有较高的吻合度,可以用于设计承载能力计算。承载能力计算公式也为确定钢管束混凝土组合剪力墙恢复力模型中的参数计算提供了方法和依据。（4）根据钢管束混凝土组合剪力墙的滞回曲线及骨架曲线,分析了剪力墙加载过程、卸载过程及反向加载过程的受力特点、水平力与变形的特征点及各阶段的刚度,归纳提出了钢管束混凝土组合剪力墙的恢复力模型及其模型参数。用提出的恢复力模型及其参数,计算了滞回曲线,并与试验曲线进行了对比分析,结果表明有较好的吻合度,说明所提出的恢复力模型可以用于实际结构的弹塑性分析。

关键词：钢管束剪力墙抗震性能承载力计算公式恢复力模型

钢管束-混凝土组合剪力墙压弯性能试验研究及有限元模拟分析

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钢管束-混凝土组合剪力墙压弯性能试验研究及有限元模拟分析

作者：张鹏烟台大学

学位级别：硕士

钢管束混凝土组合剪力墙结构是一种新型的装配式建筑结构体系,具有施工便捷、用钢量经济、空间利用合理等优点。本文研究了钢管束混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的破坏模式与受力性能,探讨了轴压比等因素对其抗震性能的影响。基... 详细信息

钢管束混凝土组合剪力墙结构是一种新型的装配式建筑结构体系,具有施工便捷、用钢量经济、空间利用合理等优点。本文研究了钢管束混凝土组合剪力墙在低周往复荷载作用下的破坏模式与受力性能,探讨了轴压比等因素对其抗震性能的影响。基于钢管束混凝土组合剪力墙底部屈曲的破坏模式,提出一种底部带加强区的钢管束混凝土组合剪力墙。研究了不同加强区高度对钢管束混凝土组合剪力墙延性、承载力和变形能力的影响,试验结果表明,通过底部加强的方式可以显著改善钢管束混凝土组合剪力墙的受力性能。本文的主要研究内容如下:(1)通过对不同轴压比作用下钢管束混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,研究了其在低周往复荷载作用下的破坏模式与受力性能。不同轴压比作用下的钢管束混凝土组合剪力墙均经历了弹性工作阶段、混凝土开裂阶段、钢管束屈曲阶段和屈曲后阶段。剪力墙最终因底部钢管束局部屈曲,屈曲位置处钢管束内部混凝土压碎,整片剪力墙失去承载能力。随着轴压比的增大,其水平峰值承载力显著提高,轴压比由0.15增大到0.3时,提高幅度可达19.2%,但是钢管束混凝土组合剪力墙底部的钢管束屈曲范围增加,屈曲程度加剧,剪力墙延性变差。(2)为进一步改善钢管束混凝土组合剪力墙的受力性能,对底部带加强区的钢管束混凝土组合剪力墙进行了压弯性能试验研究。试验结果表明,采用底部加强的方式可以使剪力墙底部屈曲位置上移,显著提高其水平峰值承载力,改善剪力墙的受力性能。(3)在其他参数保持不变的前提下,底部加强区高度增加,剪力墙试件的顶点水平承载力明显提高。墙体高度h=1500mm,底部加强区高度为150mm(h/10)时,底部加强剪力墙试件SSTW1的峰值承载力相对于未加强剪力墙试件(STW2)提高21.5%,且荷载位移曲线较为平缓,延性有所改善,加固区高度为300mm(h/5)、450mm(3h/10)时,其承载力相对于未加强试件STW2分别可提高27.24%、35.56%。(4)利用ABAQUS非线性有限元分析软件建立钢管束混凝土组合剪力墙数值分析模型,将计算结果与试验结果进行对比,验证了有限元模型的可靠性。探究了在加强区用钢量相等的前提下,改变加强区高度与厚度对钢管束混凝土组合剪力墙受力性能的影响。计算结果表明,在底部加强区用钢量相等的前提下,为充分发挥剪力墙的材料性能,底部加强区的高度宜控制在一定范围内,将高度定在0.5倍左右墙高时,剪力墙的加强效果最佳。

关键词：钢管束组合剪力墙压弯性能底部加强轴压比

钢管束双钢板—混凝土中高剪力墙抗震性能试验研究

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钢管束双钢板—混凝土中高剪力墙抗震性能试验研究

作者：刘豫瑞重庆大学

学位级别：硕士

剪力墙构件是超高层建筑结构用于抵抗建筑物受到水平侧向力的主要构件之一。在国家“十三五”提出大力发展绿色建筑的大环境下,传统的钢筋混凝土剪力墙因墙体过厚、成本过高及湿作业过多等弊端,已无法满足社会发展需求。而双钢板-混凝... 详细信息

剪力墙构件是超高层建筑结构用于抵抗建筑物受到水平侧向力的主要构件之一。在国家“十三五”提出大力发展绿色建筑的大环境下,传统的钢筋混凝土剪力墙因墙体过厚、成本过高及湿作业过多等弊端,已无法满足社会发展需求。而双钢板-混凝土剪力墙有效结合了钢材与混凝土的性能优势,具有强度高、延性好、耗能能力强及便于施工等优点,目前在高层及超高层建筑中得到较广泛应用,对不同形式的双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能展开研究,具有重要的研究意义。传统双钢板组合剪力墙多采用普通平钢板,并通过横向连件件将两侧钢板相连,但在混凝土浇筑或受到侧向水平力时,仍会造成外部钢材鼓屈。双层波纹钢板-混凝土组合剪力墙则能提高腹板面外刚度,有效抑制外包钢材平面外鼓屈。本文针对普通平板和双波纹板两种形式的双钢板-混凝土中高剪力墙的抗震性能展开了研究,其主要工作内容和结论为:(1)共设计了两片缩尺比为1:3的双钢板-混凝土组合剪力墙试件,分别为双层平钢板-混凝土组合剪力墙试件SW0和双层波纹钢板-混凝土组合剪力墙试件SW1,其剪跨比均为1.5,通过低周往复抗震试验,考察和对比分析了二者的滞回性能及破坏模式等。试验结果发现:双钢板-混凝土中高剪力墙的破坏模式均为端柱底部严重鼓屈,墙身角部混凝土被压溃,两侧腹板面外屈曲严重,最终端柱被完全撕裂而失去承载能力。试验过程中,剪力墙试件均具有较强变形能力,滞回曲线较为饱满,其中双波纹板组合剪力墙SW1的位移延性及耗能能力优于双层平钢板-混凝土组合剪力墙SW0;(2)利用有限元软件ABAQUS建立了两个试件的有限元模型,进行非线性数值模拟,结果表明数值模拟的骨架曲线与试验的结果吻合较好,从而验证了有限元模型的有效性。在此基础上,进行了双钢板-混凝土组合剪力墙抗侧性能的参数分析,研究了轴压比、混凝土强度、竖向方钢管数及预制横梁数等参数对钢管束双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能的影响。

关键词：钢管束双钢板-混凝土剪力墙剪跨比低周往复试验抗震性能

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钢管束—混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

钢管束—混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

作者：苗志华烟台大学

学位级别：硕士

本文以钢管束-混凝土组合剪力墙为研究对象,采用试验与有限元模拟相结合的方式,研究了剪跨比、单束尺寸、钢管束壁厚等因素对其抗震性能的影响。主要研究内容和结论如下:(1)设计了5片不同剪跨比、单束尺寸、钢管束壁厚的组合剪力墙试件... 详细信息

本文以钢管束-混凝土组合剪力墙为研究对象,采用试验与有限元模拟相结合的方式,研究了剪跨比、单束尺寸、钢管束壁厚等因素对其抗震性能的影响。主要研究内容和结论如下:(1)设计了5片不同剪跨比、单束尺寸、钢管束壁厚的组合剪力墙试件并进行在恒定轴压荷载作用下的水平低周往复拟静力试验,总结了破坏模态并探讨了所研究因素对其水平承载力、刚度衰减规律及耗能能力的影响。结果表明:组合剪力墙试件主要破坏模式为底部钢板鼓曲,角部钢板开裂,混凝土压碎;减小剪跨比、减小单束尺寸和增加钢管束壁厚均可提高水平承载力和延缓刚度退化,但增加钢管束壁厚的方法效果更明显;增大剪跨比、减小单束尺寸、增加钢管束壁厚对于提高耗能能力有积极作用。(2)采用ABAQUS通用有限元分析软件建立了有限元数值分析模型,通过水平单向加载模拟试验研究了剪跨比、单束尺寸、钢管束壁厚等因素对水平承载力、刚度、延性性能的影响。分析表明,减小剪跨比虽然会提高水平承载力和刚度,但会使变形能力下降;在相同剪跨比的情况下,承载力、刚度、屈服位移和变形能力都随单束尺寸减小和钢管束壁厚的增加而提高,但增大钢管束壁厚对提高刚度和承载力的作用更大;通过模拟分析,为合理确定不同剪跨比钢管束-混凝土组合剪力墙的单束尺寸和钢管束壁厚提供了理论依据。(3)与传统的混凝土剪力墙及钢板剪力墙相比,钢管束-混凝土组合剪力墙具有装配式程度高、施工方便、节省人工、污染少、墙体较薄、承载力高、抗震性能好的优点,适用于高层建筑结构。

关键词：钢管束组合剪力墙数值模拟剪跨比单束尺寸钢管束壁厚

十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能研究

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建筑结构 2024年第6期54卷 23-31页

作者：李宏波李盛延常玉殷建光张虎彪童彧斐宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心银川750021 宁夏土木工程防震减灾工程技术研究中心银川750021

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-... 详细信息

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-应变曲线等轴压受力性能进行分析,提出轴压承载力计算公式。其次,建立剪力墙轴压有限元计算模型,将试验结果和模型计算结果进行对比以验证有限元模型的准确性。最后,根据有限元参数化分析结果验证并修正剪力墙轴压承载力计算公式。研究发现,剪力墙的轴向荷载-应变曲线在不同腔体数下具有相似的特征,表明其变形能力良好。在破坏过程中,钢管束对核心混凝土的约束作用显著,提高了试件的延性和承载能力,其中钢管束的破坏主要表现为多波鼓曲和焊缝开裂,尤其是在钢管束中部的1/4区域。此外,随着腔体数增加,剪力墙极限承载力提升,但其延性系数有所下降。本研究提出的简化公式与有限元分析结果的误差控制在10%以内,该公式可为工程设计应用提供理论借鉴。

关键词：钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能极限承载力

剪跨比1.5的钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

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建筑结构 2020年第5期50卷 109-115页

作者：张鹏周新刚苗志华刘克忠烟台新思创土木工程技术有限公司烟台264005 烟台大学土木工程学院烟台264005

通过对3片不同轴压比作用下的普通钢管束混凝土组合剪力墙和3片底部加强钢管束混凝土组合剪力墙的拟静力试验,研究了其在低周往复荷载作用下的受力性能与破坏模式,分析了承载力、延性、刚度、耗能等性能指标,探讨了轴压比、底部加强区... 详细信息

通过对3片不同轴压比作用下的普通钢管束混凝土组合剪力墙和3片底部加强钢管束混凝土组合剪力墙的拟静力试验,研究了其在低周往复荷载作用下的受力性能与破坏模式,分析了承载力、延性、刚度、耗能等性能指标,探讨了轴压比、底部加强区高度等因素对其抗震性能的影响。试验结果表明:其他条件保持不变情况下,剪跨比λ=1.5,轴压比在0.1~0.3范围内时,随轴压比增大,剪力墙延性变差,水平承载能力显著提高;采用底部加强的方式,可以显著提高钢管束混凝土剪力墙的水平承载能力和耗能性能;在轴压比n=0.2时,随底部加强区高度增加,其耗能性能显著提高。

关键词：组合剪力墙钢管束轴压比底部加强

两侧加强的钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

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两侧加强的钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

作者：刘克忠烟台大学

学位级别：硕士

钢管束混凝土组合剪力墙结构体系具有施工速度快,工业化程度高,建筑空间布置合理等优点。研究发现,钢管束混凝土组合剪力墙在低周反复荷载作用下破坏主要集中在底部两侧位置。针对此破坏现象,本文提出一种两侧加强的方式,通过增加两侧... 详细信息

钢管束混凝土组合剪力墙结构体系具有施工速度快,工业化程度高,建筑空间布置合理等优点。研究发现,钢管束混凝土组合剪力墙在低周反复荷载作用下破坏主要集中在底部两侧位置。针对此破坏现象,本文提出一种两侧加强的方式,通过增加两侧钢管束壁厚,提升墙体破坏位置处钢板的抗屈曲能力,改善剪力墙的受力性能。本文通过拟静力加载试验、有限元模拟、数值分析程序研究了两侧加强的钢管束混凝土组合剪力墙的抗震性能。主要研究内容如下:(1)通过低周反复荷载试验,研究比较不同加强区宽度与钢板厚度的钢管束混凝土组合剪力墙破坏模式及受力性能。研究发现,带加强区的钢管束混凝土组合剪力墙试件破坏位置的应变水平明显降低,钢板屈曲程度较轻,钢板没有发生撕裂破坏。利用试验数据绘制滞回曲线并提取骨架曲线,进一步研究承载能力、延性、刚度、耗能等抗震性能指标。各项指标表明,当两侧钢板厚度由3mm增加到5mm后剪力墙承载力增加21.1%;在用钢量基本相同的情况下,两侧加强的钢管束混凝土组合剪力墙承载力提高幅度为10.2%;剪力墙试件的位移延性系数在2.77-4.14之间,延性性能较好;各试件的等效粘滞阻尼系数在0.24.28之间,具有良好的耗能能力,且带加强区试件耗能面积比普通试件增大23%左右,耗能能力增强;各试件的剪切变形产生的顶点位移占总侧向位移的20%左右,墙体变形以弯曲变形为主。(2)利用有限元数值模拟分析方法,在理论上分析比较不同轴压比、剪跨比、加强区宽度等参数对两侧加强的钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响。有限元分析结果表明,随着轴压比增大,剪力墙的极限承载力略微提升,轴压比继续增大峰值荷载出现明显的下降且延性性能变差;随着剪跨比减小,剪力墙在反复荷载作用下弹性刚度和峰值荷载明显提高,墙体的剪切变形比例增加,抗剪承载能力提升,但延性性能变差;在含钢量相同的情况下,当加强区处于剪力墙墙身最外侧时,对墙体的加强效果最明显,极限承载能力最高,延性性能更好。(3)基于纤维法和材料本构关系,编写钢管束混凝土组合剪力墙截面分析程序,绘制剪力墙在荷载作用下的弯矩-曲率关系曲线。该曲线完整地反映了剪力墙加载时弯矩、曲率变化的全过程,将程序计算所得截面弯矩-曲率骨架曲线通过计算特征点的方法推导出荷载-位移曲线,并与试验结果进行对比,结果吻合较好,可以利用该程序对钢管束混凝土组合剪力墙进行相关的承载力计算。

关键词：钢管束组合剪力墙两侧加强抗震性能加强区宽度

钢管束混凝土组合结构在高层钢结构住宅中的应用

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住宅产业 2016年第5期 39-44页

作者：陈芳刘重阳杭萧钢构股份有限公司

传统的建筑工业化、标准化水平低,人工劳动力强度高,信息化程度低,管理手段落后,建造资源耗费量大,碳排放量突出。而新型钢结构住宅体系,具有抗震性能好、产业化率高、施工周期短、得房率高、建筑垃圾及粉尘排放少等特点,在建造全过程... 详细信息

传统的建筑工业化、标准化水平低,人工劳动力强度高,信息化程度低,管理手段落后,建造资源耗费量大,碳排放量突出。而新型钢结构住宅体系,具有抗震性能好、产业化率高、施工周期短、得房率高、建筑垃圾及粉尘排放少等特点,在建造全过程中采用标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修和精细化管理,可真正实现节材、节地、节能、节水,达到节能环保和可持续发展的目标,满足使用功能的同时与自然和谐共生。

关键词：钢管束楼承板 CCA板灌浆外墙装配化施工质量控制

钢管束组合剪力墙端板节点单边高强螺栓连接性能研究

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钢结构（中英文） 2023年第8期38卷 22-33页

作者：陈群王燕安琦青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

为对钢管束单边高强螺栓连接的极限承载力和破坏模式进行研究,对钢管束单边高强螺栓连接进行单调拉拔试验和有限元数值模拟,分析了端板厚度和钢管束厚度对连接承载力和破坏模式的影响,并基于试验结果和有限元参数化分析结果,推导了钢管... 详细信息

为对钢管束单边高强螺栓连接的极限承载力和破坏模式进行研究,对钢管束单边高强螺栓连接进行单调拉拔试验和有限元数值模拟,分析了端板厚度和钢管束厚度对连接承载力和破坏模式的影响,并基于试验结果和有限元参数化分析结果,推导了钢管束单边高强螺栓连接的初始抗拉刚度理论公式。首先,通过改变钢管束单边高强螺栓连接的端板厚度、钢管束厚度以及螺栓种类共设计制作了5个钢管束单边高强螺栓连接试件进行单调拉拔试验。为使试验结果偏于安全,试件未填充混凝土,即不考虑混凝土的有利作用;其次,对钢管束单边高强螺栓连接进行有限元数值模拟,并将有限元模拟结果与试验结果对照,以验证有限元建模方法的正确性,同时采用相同的建模方法对钢管束单边高强螺栓连接进行参数化分析,进一步探究钢管束厚度和端板厚度变化对钢管束单边高强螺栓连接力学性能的影响;最后根据试验结果和有限元参数化分析结果采用组件法推导出了钢管束单边高强螺栓连接的初始抗拉刚度公式,并将理论数据与有限元模拟结果进行比较,对公式的准确性进行验证。研究结果表明:钢管束单边高强螺栓连接的破坏模式为钢管束鼓曲,螺栓孔产生塑性变形,单边高强螺栓外套管发生弯折导致单边高强螺栓被拔出,与钢管束普通高强螺栓连接螺栓孔被拉断的破坏模式不同;增加钢管束的厚度可以显著提高钢管束单边高强螺栓连接的承载力和初始抗拉刚度;单边高强螺栓连接虽然承载力和塑性变形能力较普通高强螺栓连接低,但在安装时无需预留安装手孔,避免了焊接施工对冷弯薄壁型钢受力性能的不利影响;有限元数值模拟结果与试验结果具有一致性,证明有限元模型建模方法可靠,且参数化分析结果进一步表明了钢管束单边高强螺栓的力学性能主要受钢管束厚度控制,受端板厚度影响较小;通过组件法推导出的钢管束单边高强螺栓连接初始抗拉刚度公式得出的理论刚度与有限元参数分析结果的吻合程度良好,证明钢管束单边高强螺栓初始抗拉刚度公式具有较好的可靠性。

关键词：钢管束单边高强螺栓初始抗拉刚度抗拉拔