纵横加劲肋钢板剪力墙弹性屈曲性能分析

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2007-全加劲两侧开缝钢板剪力墙弹性屈曲研究_郭彦林_2007.3

第9卷第3期2007年6月建筑钢结构进展Progress in Steel Building Structu res V o l.9N o.3 Jun.2007收稿日期:2006-05-08;收到修改稿日期:2006-07-06作者简介:郭彦林(1958-),男,工学博士,教授,主要从事钢结构稳定、高层及大跨钢结构的研究,E mail:g yl@ 。

缪友武(1977-),男,工学硕士,主要从事钢结构制作与加工。

全加劲两侧开缝钢板剪力墙弹性屈曲研究郭彦林1,缪友武2,董全利1(1.清华大学土木工程系,北京 100084; 2.江苏沪宁钢机股份有限公司,江苏宜兴 214231)摘要: 采用有限元方法对全加劲两侧开缝钢板剪力墙在面内水平荷载作用下的弹性屈曲临界荷载、屈曲模态进行了研究。

对影响其弹性屈曲性能的参数进行了分析,包括两侧和中部加劲肋与墙板的刚度比、两侧和中部加劲肋宽厚比以及墙板高厚比和边长比。

给出了全加劲两侧开缝钢板剪力墙加劲肋的弹性屈曲设计参考公式,为开缝钢板剪力墙的应用提供依据。

关键词: 钢板剪力墙;加劲肋;弹性屈曲;屈曲模态中图分类号:T U 311.2 文献标识码:A 文章编号:1671-9379(2007)03-0058-05Elastic Buckling Behavior of Stiffened SteelPlate Shear Walls Slotted at Two EdgesG UO Yan lin 1,M I AO You w u 2,D ON G Quan li 1(1.Department of Civil Engineering,Tsinghua U niversity,Beijing 100084,China;2.Jiangsu H uning St eel Mechanism Company Ltd.,Yixing 214231,China)GUO Yan lin:gyl@A bstract: Elastic buckling behavior of the stiffened steel plate shear wall slotted at two edg es under in plane later al shear force isstudied in this paper by employing numerical analysis method.Parameters affecting the elastic buckling behavior of the stiffened steel plate are investigated comprehensively.T hese parameters include stiffness ratios of both edge and inter mediate stiffeners to infill steel plate,slender ness r atio of infill steel plate,and aspect ratio of infill steel plate.Based on the numer ical studies,elastic buckling coefficients of stiffened steel plate shear walls slotted at tw o edges are pro posed and some helpful conclusions are drawn for the desig n of this type of stiffened steel shear wall sy stem.Keyw ords : steel plate shear wall;edge and intermediate stiffener;elastic buckling1 引言钢板剪力墙是一种有效的抗侧力构件,广泛应用于从多层到超高层的各种框架结构形式的建筑物。

钢板剪力墙的分类及性能2024

钢板剪力墙是一种常用于建筑结构中的抗震构件。

本文将分析钢板剪力墙的分类及性能。

首先，我们将引言概述钢板剪力墙的定义和用途，然后通过正文内容，将重点放在钢板剪力墙的分类和性能上。

正文分为五个大点，每个大点包含五至九个小点，详细阐述了钢板剪力墙的不同分类及其性能。

最后，本文总结了整个内容。

引言概述：钢板剪力墙是一种用于提供结构抗震性能的构件。

其作用是通过在建筑结构的纵向和横向方向上分布沿墙面的钢板来承载和传递荷载。

钢板剪力墙具有较高的刚度和强度，能有效地抵抗水平和垂直荷载，并提供优良的抗震性能。

因此，在地震活跃区域的建筑结构中广泛使用。

正文内容：一、钢板剪力墙的分类1. 按构造方式分类：a. 剪力墙板式结构：墙板作为整体构件与其他结构构件连接，具有较高的整体刚度和强度。

b. 框架剪力墙结构：由钢框架和剪力墙板组成，钢框架能够提供较大的刚度和强度。

2. 按材料分类：a. 钢筋混凝土剪力墙：由钢筋混凝土构成，具有较好的抗震性能和耐久性。

b. 钢剪力墙：由轻型钢材构成，重量较轻，更适用于钢结构建筑。

3. 按构件连接方式分类：a. 离散连接型钢板剪力墙：通过螺栓将钢板连接到柱和梁上，具有较高的可快速安装和拆卸性能。

b. 连续连接型钢板剪力墙：通过焊接将钢板连接到梁和柱上，具有较高的刚度和强度。

4. 按剪力墙的配置方式分类：a. 独立型剪力墙：单独设置在某些建筑结构中，能够提供较大的刚度和强度。

b. 集中型剪力墙：多个剪力墙密集配置在建筑结构中，能够提供更好的抗震性能。

5. 按剪力墙的位置分类：a. 外侧剪力墙：位于建筑结构的外墙，能够提供较好的抗震性能和侧向稳定性。

b. 内侧剪力墙：位于建筑结构的内部，能够提供较大的强度和刚度。

二、钢板剪力墙的性能1. 抗震性能：a. 钢板剪力墙具有较高的抗震性能，能够有效地吸收和抵抗地震荷载。

b. 在地震作用下，钢板剪力墙能够保持相对稳定的刚度和强度。

2. 刚度和强度：a. 钢板剪力墙具有较高的刚度，能够抵抗建筑结构的变形和变形集中。

加劲肋对带缝钢板剪力墙受力性能的影响

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不同形式的槽钢加劲钢板剪力墙滞回性能研究

不同形式的槽钢加劲钢板剪力墙滞回性能研究杨雨青;牟在根【摘要】钢板剪力墙是一种具有良好的延性、抗侧刚度和耗能能力的新型抗侧力结构,非常适用于高烈度地区建筑,通常采用加劲的方法以改善钢板墙的性能.为了对比不同槽钢加劲形式、框-板连接形式对钢板剪力墙滞回性能的影响,建立了非线性有限元模型进行分析,以预测加劲钢板剪力墙的抗震性能和破坏行为.通过建立11个双层单跨的加劲钢板剪力墙模型,包括竖向加劲、斜向加劲、单侧开洞、两边连接等情况,对其承载能力、耗能能力、退化特性、延性和破坏特征等问题进行了对比分析.结果表明,加劲肋能有效改善钢板剪力墙的滞回曲线\"捏缩\"现象,不同程度地提高钢板剪力墙的承载能力和抗侧刚度,其中斜向布置加劲肋能明显地提高结构抗侧刚度和承载能力,并在墙板屈曲后维持较高的刚度;而竖向加劲形式对结构的刚度和承载力提高较小,墙板受力更加均匀.两边连接形式的钢板剪力墙能有效避免对框架柱的附加弯矩,并可很好地与加劲钢板协同工作,结构具有较好的稳定性和耗能能力.当墙板跨高比较大时,采用小区格的交叉加劲形式有更好的效果,对角加劲形式在屈曲后对框架柱有较大的附加作用,因此设计时应增大柱截面或考虑进一步减小板厚,避免框架柱过早发生局部屈曲进而导致结构承载力下降.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2019(052)008【总页数】13页(P876-888)【关键词】钢板剪力墙;滞回性能;槽钢加劲肋;耗能能力;退化特性;有限元法【作者】杨雨青;牟在根【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TU392.4钢板剪力墙(steel plate shear wall，SPSW)是一种新型抗侧力结构，有良好的延性，易于与钢框架匹配，形成“钢框架-钢板剪力墙”双重抗侧力体系．早期对钢板屈曲后性能认识不足，钢板墙厚度设计较厚，经济性较差，未得到工程师的青睐．1983年Thorburn等[1]发现薄钢板屈曲后形成拉力带，具有更高的抗侧力性能，随后薄钢板剪力墙的屈曲后性能引起了学者的关注．经过多年的发展，国内外采用钢板剪力墙作为抗侧力体系的建筑越来越多，如洛杉矶活力酒店[2]、天津津塔[3]、中国尊[4]等．钢板剪力墙的使用为建筑提供了可靠的稳定性和抗震性能，并且提高了建筑的使用面积、减小了工程造价和缩短了施工周期．薄钢板容易在较小侧向力作用下发生屈曲，形成拉力带以继续为结构提供承载能力，但在往复荷载作用下，拉力带随结构水平位移变化而改变方向时，伴有较大的鼓曲声响，结构出现“零刚度”甚至“负刚度”，滞回曲线出现明显的“捏缩”现象．通常采用加劲肋的形式以改善薄钢板易屈曲的问题，常用的加劲形式有十字加劲、对角加劲、纵横密肋加劲等形式[5].郭彦林和陈国栋等[6-7]研究结果表明，对角加劲形式不仅能提高结构弹性屈曲荷载，延缓钢板发生面外变形，并且能在屈曲后起到增大拉力带的效果，提高结构承载能力，是一种高效的加劲形式．在一些加劲钢板剪力墙的试验研究中发现[8-9]，采用单板加劲的钢板剪力墙在屈曲后对加劲肋产生较大的作用，导致加劲肋自身扭曲、破坏，严重影响了其加劲效果，甚至失效．为此有学者建议采用闭口形式的槽钢作为加劲肋，以增强加劲肋自身的强度和性能．而对槽钢加劲钢板剪力墙的研究也仅限于竖向加劲形式[10]及其受剪受压弹性屈曲[11-12]，还有很多研究空白之处．目前的研究成果没有系统地对不同加劲形式的钢板剪力墙滞回性能进行对比分析，本文采用ABAQUS有限元软件，对11种不同槽钢加劲形式、框-板连接形式的钢板剪力墙滞回性能进行分析，对比不同槽钢加劲肋布置形式及框-板连接形式对钢板剪力墙的承载能力、抗侧刚度、滞回性能、延性、退化特性和耗能能力等关键力学性能和抗震性能的影响，为实际工程提供参考．由于钢材在单调荷载和往复荷载作用下的力学响应有很大差别，Shi等[13]对我国常用钢材的循环本构模型进行了相关的试验研究，在Chaboche钢材本构的基础上，提出了在往复荷载作用下发生循环强化、屈曲、累积损伤退化等现象的钢材非线性混合强化本构模型，包括了随动强化和各向同性强化，如图1所示，具体参数定义详见文献[13]．王萌等[14]在此基础上拟合了可用于有限元软件ABAQUS 模拟钢板剪力墙的关键材料参数(如表1所示)，并验证了模型中采用的单元类型和边界条件的合理性，并对常见形式的钢板剪力墙进行了系统的对比分析[15]．本文在有限元软件ABAQUS中建立钢板剪力墙模型，梁、柱、内填钢板和加劲肋均采用S4R四节点缩减积分壳单元模拟，梁柱连接、内填板和框架连接及加劲肋与内填板等接触均采用绑定(TIE)连接模拟全焊接，并忽略鱼尾板和残余应力的影响．钢材的弹性模量E为206000N/mm2．选取合适的网格进行划分，本文模型网格尺寸取50mm以保证较高计算精度和较少的计算时长．考虑内填钢板的初始缺陷影响(以钢板的1阶屈曲模态作为分布模式，最大几何缺陷幅值取H/1000施加于结构)．约束结构底部的3个平动和3个转动自由度，并约束框架柱在顶梁处的平面外位移防止结构产生刚体位移．循环加载采用ABAQUS /Explicit[16]显式动力模块进行分析，输入钢材密度为7.8×10-9t/mm3，每个分析步的加载速率取0.5，采用自动的全局稳定增量步长估计，其余为默认设置，以保证整个加载过程中惯性力的影响很小，从而得到准确高效的准静态解．单调加载则采用ABAQUS/Standard静力通用(static general)进行分析，钢材本构模型采用双折线模型，强化阶段切线模量为0.02E．以文献[17]中非加劲钢板剪力墙SPSW-H2和文献[18]中交叉加劲钢板剪力墙SPSPW-HS2试件进行验证，材料属性按试验基础数据选取，利用混合本构模型，并输入材料的循环硬化属性，具体参数按表1选取．对比结果如图2和图3所示，数值模拟结果与试验滞回曲线基本吻合，并且能有效预测结构的破坏形态．模型为双层单跨钢板剪力墙结构，模型缩尺比为1∶3，考虑实际工程中大跨高比的情况，选取跨高比为2，考虑结构应符合“强框架，弱墙板”的设计原则，框架柱、梁采用Q345钢，内填钢板、槽钢加劲肋为Q235钢．钢板剪力墙结构的基本尺寸如图3所示．根据《钢板剪力墙技术规程》[19]，边缘柱的截面惯性矩应符合式中：为柱截面惯性矩；为柱截面最小惯性矩；为剪切力分配系数；为内填钢板厚度；为梁跨，按框架柱轴线距离计算；为柱高，按框架梁轴线距离计算．其余模型在此基础上，保持梁、柱尺寸不变，改变内填板加劲形式(如表2及图4所示)：①标准钢板剪力墙(SPSW-STA)，内填板厚度为3mm．②竖向槽钢加劲钢板剪力墙(SPSW-VS)，双面对称竖向布置3道5#槽钢，槽钢规格为50mm×37mm×4.5mm．③小区格对角加劲钢板剪力墙(SPSW-DS)，中部布置一道竖向槽钢将内填板分割为两个方形小区格，在小区格内布置对角槽钢加劲肋．④对角加劲钢板剪力墙(SPSW-DS2)，双面对称对角布置槽钢．⑤多道斜向加劲钢板剪力墙(SPSW-MOS)，双面非对称布置3道斜向槽钢加劲肋．⑥单侧开洞-钢板剪力墙(SPSW-RO)，在钢板剪力墙一侧开矩形洞，内填板开洞边一侧与边柱距离为300mm，开洞边设置50mm×4mm的方钢管加劲肋．⑦单侧开洞-多道斜向加劲钢板剪力墙(SPSW-MOSRO)，在多道斜向槽钢加劲钢板剪力墙一侧开矩形洞，内填钢板一侧与边柱距离为300mm，开洞边设置50mm×4mm的方钢管加劲肋．⑧单侧开洞-对角加劲钢板剪力墙(SPSW-DSRO)，在对角槽钢加劲钢板剪力墙一侧开矩形洞，内填钢板一侧与边柱距离为300mm，开洞边设置50mm×4mm的方钢管加劲肋．⑨两边连接-对角加劲钢板剪力墙(SPSW-DSRO2)，内填板两侧与框架柱不连接，距离边柱300mm，并设置方钢管加劲肋．⑩两边连接-竖向加劲钢板剪力墙(SPSW-VSRO2)，双面对称竖向布置3道槽钢，两侧与框架柱不连接，距离边柱300mm，并设置方钢管加劲肋.两边连接-钢板剪力墙(SPSW-RO2)，与框架柱不连接，距离边柱300mm，两侧布置方钢管加劲肋．对考虑初始缺陷的模型进行加载，加载分为竖向荷载加载和水平荷载加载：为模拟实际使用中受到的上部荷载作用，首先在两个框架柱顶分别施加350kN轴力(轴压比为0.2)，分两步进行加载，并且保持不变．为方便对模型进行对比，水平荷载通过位移控制进行加载，以依次增大的层间位移角为位移幅值进行循环加载，每级循环2次，共循环12次，最大加载幅值为60mm，超过《钢板剪力墙技术规程》中规定的弹塑性层间位移角1/50(50mm)，加载制度如图5所示．由于钢材在循环荷载作用下发生循环硬化和损伤积累，与单调荷载作用下有很大区别，并且在循环加载过程中，钢板屈曲后产生的拉力带方向不断改变，框架柱受拉力带作用产生局部屈曲等原因，使得结构随循环次数的增加而出现承载力下降的情况．各模型的整体滞回曲线如图6所示．从图6中可以看出，对于四边连接的钢板剪力墙(图6(a)～(e))，非加劲钢板剪力墙在屈曲后，形成的拉力带改变方向时，结构的承载力和刚度都有明显下降，滞回曲线有明显的“捏缩”，呈反S型．通过采用加劲的形式能有效地改善钢板剪力墙的“捏缩”现象．相比于竖向加劲钢板剪力墙(SPSW-VS)，斜向加劲(对角加劲DS、多道斜向加劲MOS)的滞回曲线呈现为饱满的梭形，承载力更高，耗能能力更强，表明斜向加劲相对于竖向加劲效果更佳，能在内填板屈曲后起到增大拉力带的效果，提高结构承载力，但需要注意的是斜向加劲形式起到增大拉力带作用的同时，对框架柱的附加弯矩也随之增大，因此随着循环次数和水平位移的增加，框架柱会发生更严重局部屈曲，导致结构后期的承载力有所下降．对于单侧开洞的钢板剪力墙(图6(f)～(h))，相比于四边连接承载能力有所降低，方钢管加劲肋的设置为开洞边提供了一定的约束作用，有利于拉力带的形成和发展．其中多道斜加劲形式(MOSRO)后期承载力下降较对角加劲形式(DSRO)小，基本能保持稳定．对于两边连接的钢板剪力墙(图6(i)～(k))，由于两侧都失去了框架柱的约束作用，并且内填板面积减小，结构的承载能力较低，对角加劲(DSRO2)和竖向加劲(VSRO2)同样能明显改善钢板剪力墙的“捏缩”现象，对角加劲钢板剪力墙的滞回曲线更加饱满．骨架曲线能反映结构在弹性阶段、弹塑性阶段和塑性流动阶段的屈服强度、极限承载力和延性等．第一次循环峰值的包络线所形成的骨架曲线如图7所示，不同加劲形式对钢板剪力墙的承载能力、退化特性等性能有着不同程度的影响．从图7中可以看出，各结构的极限位移角均超过《钢板剪力墙技术规程》中1/50(即0.02rad)，1层的极限位移角都大于0.02rad，表现出良好的变形能力，而2层层间位移角相对较小，在0.02rad左右．从图7(a)～(c)可看出，3种斜加劲形式(DS、DS2和MOS)的钢板墙2层在加载后期，随层间位移角增大承载力下降较为严重，这是由于斜加劲形式对框架柱的附加作用，并且在倾覆力矩作用下，1层的框架柱角部过早发生局部屈曲，影响了结构的抗侧能力，结构承载能力出现下降．而竖向加劲(VS)形式对框架柱产生的附加作用相对较小，骨架曲线与标准形式(STA)基本一致．对于单侧开洞形式(图7(d)～(f))，结构的承载力明显降低，但通过布置斜向加劲肋，能弥补开洞造成的承载力损失，达到未开洞时的承载能力．从图7(g)～(i)中能看出，两侧的开洞使得结构承载力降低的程度更大，但两边连接形式(RO2)不与框架柱连接，使得框架柱所受的附加弯矩和倾覆力矩的组合效应大大减弱，结构在循环加载后期，仍能保持较稳定的承载能力．延性反映了结构在结构发生较大的非线性变形时保持强度的能力，可由位移延性系数对结构的延性进行评价，位移延性系数为极限位移与屈服位移的比值．屈服位移通常可用几何作图法、等能量法和Park法进行求解[20]．本文采用等能量法求解结构的屈服位移，整体模型主要结果如表3所示．从表3中可以看出，四边连接和单侧开洞的延性系数m基本在3.45～3.79，其中多道斜加劲钢板墙(SPSW-MOS)延性最低，为3.10．两边连接形式能明显提高结构的延性，均超过4.00，其中两边连接竖向加劲(VSRO2)延性最高，达到了5.22．《钢板剪力墙技术规程》中规定了钢板剪力墙的变形限制：弹性层间位移角不宜大于1/250，弹塑性层间位移角不宜大于1/50．不同加劲形式的钢板剪力墙承载力及刚度见表4和表5．由表4可以看出，不同的加劲形式还能不同程度地提高钢板剪力墙的承载能力，其中竖向加劲钢板墙(SPSW-VS)的循环承载力峰值提高9%；小区格对角加劲钢板剪力墙(SPSW-DS)提高最为明显，循环承载力峰值提高38%；而对角加劲(DS2)和多道斜加劲(MOS)形式也有30%左右的提升，同样是优异的加劲形式．对于单侧开洞或两边连接形式，开洞率(开洞面积占整体墙面面积)分别为15%和30%，循环承载力峰值分别下降20%和44%．可以通过加劲形式提高结构承载力近弥补开洞造成的承载力损失，并且斜加劲形式比竖向加劲形式更有效，对钢板剪力墙的承载力提高更显著．由表5可以看出，非加劲钢板剪力墙(SPSW-STA)初始刚度达到了125.29kN/mm；在1/250层间位移角时，非加劲钢板剪力墙(SPSW-STA)的割线刚度达到了86.89kN/mm；在1/50层间位移角时，非加劲钢板剪力墙(SPSW-STA)的割线刚度达到了23.99kN/mm. 竖向加劲能提高约37%的初始刚度，小区格对角加劲钢板剪力墙(SPSW-DS)提高最为明显，达到64%，而对角加劲和多道斜加劲形式也有50%左右的提升．结构达到1/250层间位移角时，竖向加劲形式比非加劲形式的钢板剪力墙刚度仅高约6%，而3种斜加劲形式比非加劲形式刚度提高约34%～39%，说明在结构屈曲后，竖向加劲形式对结构刚度的提高有限，而斜向加劲形式能继续提高结构的抗侧刚度．对于单侧开洞和两边连接形式的钢板剪力墙，刚度明显低于四边连接形式，并且斜向加劲形式对刚度的提高仍然明显．结构的滞回环所包围的面积是结构吸收能量转化为非弹性变形的能量，滞回环面积越大，结构耗散的能量也就越多．模型随循环次数的增加，累积能量耗散(各循环的滞回环面积累加)如图8(a)所示，最终结构能量耗散如图8(b)所示，1层能量消耗用黑色条带表示，2层能量消耗用红色条带表示，1层能量消耗占总消耗能量用白色数字表示，黑色数字表示不同加劲形式钢板墙的总消耗能量与标准钢板墙的总消耗能量的比值，用百分数表示．从图8中可以看出，对于四边连接的钢板剪力墙，1层能量消耗占比为57%～64%，其中对角加劲形式(DS2)占比最大，竖向加劲形式(VS)占比最小；侧边开洞则减小了1层能量消耗的占比，达到53%～60%．开洞形式(RO和RO2)降低了钢板剪力墙的耗能能力，相比标准钢板剪力墙，能量消耗降低了30%～40%．通过采用加劲的形式能明显提升钢板剪力墙的耗能能力，其中小区格对角加劲形式(DS)消耗的能量提高了1.9倍，而竖向加劲形式(VS)相对于其他形式则提升较弱，但也提高了1.3倍的耗能能力．对于开洞形式的钢板剪力墙，采用加劲肋同样也能明显提升结构耗能能力，其中单侧开洞-多道斜加劲形式(MOSRO)效果最好，相比非加劲形式(RO)提高了近2倍能量消耗能力．评价结构的耗能能力一般还采用能量耗散系数来表示，即式中：表示滞回曲线面积，如图9所示(阴影填充部分)；表示虚线围成的三角形面积．能量耗散系数越大，表明滞回曲线越饱满，结构的耗能能力越强．钢板剪力墙模型的能量耗散系数如图10所示，横坐标为图9中的E、F点之间的距离变化．从图10(a)可以看出，对于四边连接形式的钢板剪力墙，设置加劲肋能有效地延缓钢板的屈曲，改善滞回曲线的“捏缩”现象，能量耗散系数都要明显地高于非加劲钢板剪力墙，其中，斜加劲钢板剪力墙的能量耗散系数随位移幅值的增大而不断增大，几乎呈线性增长，并且多道斜加劲形式(MOS)的能量耗散系数最大；而竖向加劲和非加劲形式的能量耗散系数后期增长缓慢．从图10(b)可看出，对于单侧开洞的钢板剪力墙，多道斜加劲(MOS)与对角加劲(DS)比非加劲提高约30%能量耗散系数，两种斜加劲形式的能量耗散系数变化较为接近，并且三者的变化趋势较为一致.从图10(c)能看出，两边连接形式的钢板剪力墙(RO2)的能量耗散系数要高于四边连接和单侧开洞，并且竖向加劲(VS)和对角加劲(DS)形式对两边连接钢板剪力墙能量耗散系数的提高都很明显．从图10(d)可以看出，两边连接-对角加劲形式(DSRO2)能量耗散系数最大，是标准钢板墙的1.7倍，达到了2.77；3种斜加劲形式对结构的能量耗散系数提升约40%，而竖向加劲形式仅提升17%，采用斜加劲能更有效地发挥加劲肋的作用．在循环荷载作用下，结构发生局部屈曲、塑性变形，导致承载力不断退化，等幅度循环荷载作用下结构的稳定性一般用承载力退化系数来表示，即式中：表示j倍屈服位移加载时，第i＋1次循环对应的峰值荷载；表示j倍屈服位移加载时，第i次循环对应的峰值荷载．承载力退化系数越大，表明结构承载力下降越慢，能够维持稳定的抗侧能力．结构整体承载力退化系数如图11所示．从图11中可以看出，四边连接形式的钢板墙承载力退化系数均高于0.80，其中竖向加劲和非加劲形式承载力退化系数大于0.90，抗侧能力稳定；而3种斜加劲形式的承载力在循环后期均出现严重退化，这是由于增强拉力带使得对框架柱的附加弯矩作用增大，同时在竖向荷载产生的倾覆力矩作用下，框架柱过早发生局部屈曲，不能维持较高的承载力，出现大幅的下降．钢板剪力墙模型的在往复荷载作用下的最终形态如图12所示，图中阴影表示结构在整个加载过程中受拉和受压产生的塑性应变绝对值的累积结果，即等效塑性应变(PEEQ)，塑性应变累积越大，钢材越容易发生断裂，由此可以预测钢板剪力墙结构的断裂和破坏位置(图中PEEQ值相对于单个结构本身).由图12中可以看出，所有模型的1层框架柱角部均有不同程度的屈曲变形，形成明显的塑性铰，是钢板墙结构中相对薄弱的部位．对于非加劲钢板剪力墙(STA、RO和RO2)，墙体出现明显的双向拉力带，拉力带方向约为45°，在双向拉力带交汇处的等效塑性应变PEEQ较大，钢板容易发生疲劳断裂．对于竖向加劲钢板剪力墙(VS、VSRO2)，由于槽钢加劲具有很大的抗弯刚度和抗扭刚度，将墙板分为宽高比较大的小区板，并且加劲肋作为小区格的边缘构件，使得拉力带在小区格内能够充分发展，因此该类型的钢板剪力墙的墙板等效塑性应变PEEQ分布较为均匀．对于不同形式的斜向加劲钢板剪力墙(DS、DS2、MOS和DSRO)，加劲肋将墙板分割为三角形小区块，受拉(受压)加劲肋在墙板屈曲后起到增大拉力带(或撑杆)的效果，这明显增大了对框架柱的附加弯矩，并且在竖向荷载产生的倾覆力矩作用下更进一步加重了框架柱的局部屈曲．因此在进行设计时，需要增大柱截面或使用更刚强的截面形式，如方钢管框架柱等．从另一方面考虑，斜向加劲肋对钢板剪力墙的承载力和刚度都有大幅度的提升，并且在内填钢板屈曲后参与抵抗水平力和耗能，可以考虑进一步减小内填钢板厚度，通过设置斜向加劲肋以达到较厚墙板的效果．对比DS、DS2、MOS、MOSRO可以看出，若结构的跨高比较大，则不适合采用对角加劲形式，因为它会使得加劲肋长细比较大，容易失稳发生屈曲而失去加劲效果，建议采用小区格对角加劲或多道斜向加劲形式．选取钢板剪力墙模型各部件的PEEQ最大值进行对比，如图13所示．可以看出，非加劲钢板剪力墙和竖向加劲钢板剪力墙各构件的PEEQ最大值基本小于1，受力较为均匀．而对于斜加劲形式的钢板剪力墙，内填钢板PEEQ值非常大，这是由于斜加劲肋与边缘构件留有一定的距离，因此内填板在加劲肋的两端部分在循环过程中不断发生受拉和受压，容易累积塑性变形，进而导致内填板角部的断裂．可以考虑在加劲肋端部设置垫板或其他措施以加强内填板在加劲肋端部的强度，避免影响钢板剪力墙性能的发挥.图14为钢板剪力墙结构在1/50位移角和最终时刻的钢板墙平面外变形最大值．从图中可以看出，在1/50位移角时，标准钢板墙及两边连接钢板墙的1层、2层平面外位移几乎一致，而其他类型的1层面外位移均大于2层．竖向加劲和小区格对角加劲形式对钢板的面外屈曲有很好的限制效果，都明显低于未加劲的情况．而斜加劲形式DS2、MOS和DSRO由于对框架柱的附加作用大大增加，使得柱脚过早局部屈曲，钢板墙发生较大的面外变形．不同加劲肋形式对两边连接形式(RO2)的面外变形始终有良好的限制作用，框架柱未出现严重的局部屈曲，钢板的面外位移都低于未加劲的情况．本文建立了11个双层单跨钢板剪力墙的缩尺模型，考虑了不同加劲形式以及不同的框-板连接形式(包括四边连接、单侧开洞和两边连接形式)，对模型进行了非线性有限元分析，研究了不同形式的加劲钢板剪力墙的抗震性能，得出以下结论．(1) 设置加劲肋能明显改善钢板剪力墙的“捏缩”现象，并提高结构的抗侧能力和刚度，其中竖向加劲形式在墙板屈曲后，刚度提升效果下降；而斜向加劲在屈曲后，结构仍能保持较高的刚度，是一种高效的加劲形式．(2) 两边连接形式由于不与框架柱连接，拉力带的发展受到限制，承载力和刚度有明显的下降．但该形式能提高钢板墙结构的延性，并有效地减弱钢板墙拉力带对框架柱的不利影响；通过设置加劲肋，钢板墙结构的滞回曲线呈饱满的梭形，承载力退化程度低，能量耗散系数提高，具有良好的稳定性和耗能能力．。

加劲钢板剪力墙抗剪性能分析

０引言
Ｌｕ引率先提出了两边连接钢板剪力墙，即墙板仅在上下边与框架梁连接，而左右两侧与框架柱断开的结构形式。研究结果表明，该种剪力墙虽然损失了一定的承载能力，但却最大限度地保护了柱子不先发生破
（Ｘｉ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００５５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｓｈｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｄｉａｇｏｎａｌｌｙｓｔｉｆｅｎｅｄｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓｈｅａｒｗａｌｌｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｅｍｐｌｏｙｉｎｇｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ．Ｓｐｅｃｉａｌａｔｔｅｎｔｉｏｎｗａｓｐａｉｄｏｎｔｈｅｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｐａ — ｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｈｅｔｌｏａｄ — ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｐａｎｅ１．Ｔｈｅｓｅｐａｒａｍｅｔｅｓｒｉｎｃｌｕｄｅｄｓｔｉｆｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｓｔｉｆｅｎ — ｅｒｔｏｐａｎｅｌ，ｄｅｐｔｈ — ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒａｉｔｏｏｆｈｅｔｐａｎｅｌ，ａｎｄｗｉｄｔｈｔｏｈｉｔｃｋｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｓｔｉｆｅｎｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｈａｔｔｈｅｔｄｉａｇｏｎａｌｓｔｉｆｅｎｅｒｃａｎｓｉｇｎｉｉｆｃｎｔａｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｈｅｔｂｅａｉｎｔｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｈｅｔｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓｈｅａｒｗａｌ１．Ｔｈｅｓｔｉｆｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｓｔｉｆｆｅｎｅｒｔｏｐａｎｅｌｐｒｏｄｕｃｅｓｄｉｆｅｒｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｓｈｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒｂｅｔｗｅｅｎｈｅｔｈｉｔｃｋｐａｎｅｌａｎｄｔｈｉｎｐａｎｅ１．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｎｏｍａｔｔｅｒｔｈｉｃｋｐａｎｅｌｏｒｈｉｔｎｐａｎｅｌ，ｗｉｄｈｔｔｏｈｉｔｃｋｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｓｔｉｆｅｎｅｒｈａｓｓｌｉｇｈｔｅｆｅｃｔｓｏｎｌｏａｄ — ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｈｅｔｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓｈｅａｒｗｌｌａ；ｄｉａｇｏｎａｌｓｔｉｆｅｎｅｒ；ｓｔｉｆｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｆｓｔｉｆｆｅｎｅｒｔｏｐａｎｅｌ

钢板剪力墙抗震性能的试验研究

钢板剪力墙抗震性能的试验研究钢板剪力墙是一种由钢板和框架组成的结构体系，其通过钢板的面内受剪来抵抗水平地震作用。

为了深入了解其抗震性能，我们进行了一系列精心设计的试验。

试验中，首先需要确定合适的试件尺寸和构造。

试件的尺寸应能够反映实际结构中的受力情况，同时也要考虑试验设备的加载能力。

在构造方面，包括钢板的厚度、框架的梁柱尺寸和连接方式等，都需要根据实际工程中常见的形式进行设计。

加载方案是试验的关键环节之一。

通常采用拟静力加载，模拟地震作用下结构的往复水平位移。

加载过程中，逐渐增加荷载的大小和位移的幅度，观察试件的变形、破坏模式以及滞回性能。

在试验过程中，我们发现钢板剪力墙表现出了独特的抗震性能特点。

首先，其初始刚度较大，能够在地震初期有效地限制结构的水平位移。

随着荷载的增加，钢板逐渐进入屈服阶段，通过塑性变形耗散能量，表现出良好的耗能能力。

观察试件的变形情况可以发现，钢板在水平荷载作用下会发生局部屈曲，但这种屈曲并不一定导致结构的立即破坏。

相反，屈曲后的钢板仍能够继续承担荷载，并与框架协同工作，进一步提高结构的抗震能力。

通过对试验数据的分析，我们得到了钢板剪力墙的滞回曲线。

滞回曲线是评估结构抗震性能的重要指标，它反映了结构在反复加载过程中的荷载位移关系。

从滞回曲线可以看出，钢板剪力墙具有饱满的滞回环，这意味着其具有良好的耗能能力和抗震韧性。

然而，试验中也发现了一些问题。

例如，在某些情况下，钢板与框架的连接部位可能会出现过早的破坏，从而影响整个结构的抗震性能。

此外，钢板的厚度和框架的刚度匹配不当也可能导致结构的性能不理想。

为了进一步提高钢板剪力墙的抗震性能，我们可以从以下几个方面进行改进。

优化钢板与框架的连接方式，采用更可靠的节点构造，增强连接部位的承载能力和变形能力。

合理选择钢板的厚度和框架的刚度，使二者能够协同工作，充分发挥各自的优势。

此外，还可以考虑在钢板上设置加劲肋或者采用组合钢板剪力墙等形式，进一步提高结构的刚度和耗能能力。

带缝钢板剪力墙弹性屈曲性能研究

带缝钢板剪力墙弹性屈曲性能研究近年来，随着城镇建设和城市改造的不断加快，有缝钢板剪力墙作为主要抗剪力结构材料的使用越来越广泛。

由于使用有缝钢板剪力墙的复杂性和多样性，研究其弹屈性能的重要性也越来越突出。

因此，如何准确评估有缝钢板剪力墙的弹屈性能成为有缝钢板剪力墙设计与分析中必须解决的一个关键问题。

本文以带缝钢板剪力墙（SFW）弹屈性能研究为主题，对SFW弹屈性能的研究现状进行了综述。

一、有缝钢板剪力墙的结构及弹屈性能1、有缝钢板剪力墙（SFW）的结构有缝钢板剪力墙（SFW）是一种由多个并列在一起的有缝钢板剪力墙构成的结构体系，其典型的结构示意图如图1所示，其中每一层钢板剪力墙都具有横向弹屈性能，形成一个完整的剪力墙系统。

图1：有缝钢板剪力墙结构示意图2、SFW的弹屈性能有缝钢板剪力墙的弹屈性能受多种因素的影响，如型钢特性、焊接参数、墙体构造、墙体长度和荷载等，其中每一个因素都可能会影响有缝钢板剪力墙的弹屈性能。

在设计结构中，有缝钢板剪力墙的弹屈性能是一个重要的设计指标，它决定着有缝钢板剪力墙的抗剪力性能。

二、SFW弹屈性能研究现状1、实验研究实验研究是研究有缝钢板剪力墙弹屈性能的主要方法，通常采用室内试验的方法。

基于实验的弹屈性能研究主要涉及材料性能和结构参数对有缝钢板剪力墙弹屈性能的影响研究。

例如，Krivorotko、Zemlyakov和Suslov（2010）以实验方法研究了空心有缝钢板剪力墙的弹性极限，以及不同填充材料对其抗剪强度的影响；Ivanova等（2012）采用实验研究了有缝钢板剪力墙的弹性破坏特性；Nguyen et al.（2015）通过试验检验了不同荷载比和钢板厚度对有缝钢板剪力墙弹屈性能的影响。

2、理论和数值研究尽管实验研究可以给出较好的结果，但由于实验费用较高，以及试验时间较长等原因，实验研究仍不能满足实际需求。

因此，近年来，理论和数值研究也开始受到关注，其中，有缝钢板剪力墙的弹屈性能研究也逐渐得到实现。

钢板剪力墙性能研究评述

垂直固接在地面上的悬臂梁的腹板十分相似［在框架—钢板墙结果中，架；框相当于悬臂梁的翼缘，剪力墙相当于悬臂梁的腹板，而框架梁则相当于悬臂梁腹板的横向加劲肋，见图１Ｉ．。对钢板剪力墙的研究缘于对梁腹板的研究。虽然薄板在较低的荷载下就发生了分岔屈曲，薄板的屈曲并不意味着板失去了继续承受更大荷载的能但
的有多种形式，常见的有十字加劲和对角交叉加劲，图２见。
上
，
Ｉ匝
一
ＩＩ
ｌＩｌＩＩＩ
（十字加劲钢板墙ａ）
‘ ＼
／
。
ｌＩｌ
ｌｌｌ
（ｂ）交叉加劲钢板墙
图２加劲钢板墙

力，材料性能仍可继续得到发挥。
２钢板剪力墙的形式
２Ｉ薄钢板墙和厚钢板墙．
圈１钢板剪力墙与悬臂梁
根据内填钢板高厚比＝ｍｎｂｈ／的大小，￣（，）ｔ钢板剪力墙可以分为薄板和厚板，两者具有不同的破坏机理【。６
形成拉力带；力带锚固在边框上，拉对柱形成附加弯矩，因此薄板钢板墙对周边框架梁柱的依赖性较大。非线性由几何
非线性和材料非线性共同引起，在板屈曲后拉伸屈服或框架形成塑性铰时达到极限荷载。
２２加劲和非加劲钢板墙．
＊基金项目：陕西省自然科学基金项目（０５２３；２０Ｅ３）陕西省教育厅重点实验室科研计划项目（５Ｓ８。０Ｊ１）
方面。
关键词：钢板剪力墙；回性能；力带滞拉中图分类号：Ｔ３１Ｕ９

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３３６９
种情况的荷载称为临界荷载。关于板经典的屈曲问题，公式推倒
可采用：）力平衡法；）种不同的能量法；）力法。１静２各３动
表２加劲肋用钢增加量
肋板宽厚比板的高厚比７０＝
＾＝２００Ｏ
％
ｙ０＝１０＝７Ｉｙ０
第３６卷第４期
・
６・４
２０１ｏ年２月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＩ＇ＵＲＥ
Ｖ０．６Ｎｏ４１３．Ｆｂ２０ｅ．０１
文章编号：０９６２（０００．０４０１０ —８５２１）４０６．２
假定材料为理想弹塑性材料，问题为小变形问题。
３９６３
２７７３
８ｏｏ
２¨ ｏ４０ｏ
４３１８２ｌ２ｌ２４２１９２３７１４２７２５３６８６５０２５９５３５９５５５４
纵横加劲肋钢板剪力墙弹性屈曲性能分析
侯蕾刘皓
摘要：运用ＡＳＳ有限元软件对高厚比在２０８０范围内的纵横加劲肋钢板剪力墙进行了弹性屈曲性能分析，ＮＹ０－０以了
解加劲板弹性屈曲应力对比用钢量是否有相应的增加程度，而为纵横加劲肋钢板剪力墙屈曲性能分析提供依据。从关键词：横加劲肋钢板剪力墙，限元分析，性屈曲纵有弹中图分类号：Ｕ３３１Ｔ１．文献标识码：Ａ
种原来稳定的平衡变成／稳定的状态我们就说板屈曲。产生这卜
３螂Ｇ糍。槲煳ｃｒ＝
柱截面及刚度见表１。
表１柱截面及刚度
柱子编号
１
柱截面
１０× １００× １５７７ ×
截面面积／ｐ２惯性矩／ｍ４ｒｎａａｒ
３０５８１８６５７４７０
柱刚度口
４９
２
３
２０× １４０× １５６× ００
３０×２５２× ４０×１５１
１８１６０
１６９８６
３６４２０６３４２
７６６４８４６０６
２３７７
１板的稳定问题分析方法
薄板构件时常承受作用在板平面内的法向力和剪力，如果作用在平面内的／小于某一临界值时，，Ｊ那么平衡是稳定的，当这些作用在平面内的力大ｄＮ￣Ｎ某一荷载强度时，，其变形形状的特点产生了显著的变化，不仅有平面内变形，还出现了横向位移，这
的今天，已逐渐被更为有效的有限单元法取代。只要面外边界条
１Ｏ
＝０４０
＝８００
Ｏ
０
１．１４
８２
２００
１４ｌ
２｝３７８３４
１．｝２９５３３
由表２可以看出，随着板厚的增加，采用加劲肋越来越小经件合适，应用有限单元法几乎可以对所有板件的稳定问题进行较济，在较厚板的情况下，随着肋板的刚度增加，用钢量增加迅速。高精度的求解。
４纵横加劲肋板的弹性屈曲应力
加劲肋钢板墙弹性屈曲应力及增加量见表３～表５。
表３柱脚固接十字加劲肋钢板剪力墙
柱刚度板的高ｙ Βιβλιοθήκη ＝ｏｐ厚比２００
４９４００
ＭＰａ
７０－０＝１ｒｃ１％
１９４１１２７５６２ｌ４５６２１９５６０７ｉ９９０７５８１８２ｌ２０１
弯曲、向刚度尤限大（用节点耦合的方式来实现）柱刚度有轴采，限，四周固接于梁柱构件上，劲肋平面布置。２在柱脚铰接板加）时，、梁柱采用Ｂａ８ｅｍ１８单元类型，墙板与肋板采用Ｓｅｌ１ｈｌ８单元ｌ类型。此模型梁柱铰接，脚铰接，他设定与刚接模型相同。柱其
３．ｌ４１９２７．
有限差分法可用于复杂板的屈曲问题，考虑板的变厚度、如
ｙ２＝１
１６２
ｙ６＝３
２．７９
大挠度、曲厚等。但当需要更高精度结果时，屈必须研究新的差分网格，实现比较困难。在计算工具以及相关技术得到较大发展
２３２２４
ｙ２＝Ｉ％
ｙ＝６：３ｒ％
７０＝７ ≈ ，％
５２４２砷１１１８６Ｏ１２９９７１１４０１１９６６１７３１９５１ｌ７０５１０２５Ｏ７９
２有限元分析模型
本节采用大型有限元通用程序ＡＹＳ进行弹性屈曲分析。ＮＳ对于纵横加劲肋钢板剪力墙弹性屈曲性能进行研究，本文分别考虑框架柱脚固接、铰接两种情况下钢板墙的性能：）１柱脚固接时，
梁、、板、板均采用Ｓｅｌ１单元类型。框架梁柱刚接，柱墙肋ｈｌ８ｌ梁