基于组件法的半刚性框架-钢板剪力墙结构抗震性能研究
双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述
双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述1. 引言1.1 研究背景双钢板混凝土组合剪力墙结构将钢板和混凝土有机结合在一起，发挥了钢板和混凝土各自的优势。
钢板具有良好的延性和抗拉性能，能够有效控制墙体的裂缝扩展；而混凝土则具有较好的受力性能和耐久性，能够承受更大的荷载。
随着抗震需求的不断提高，研究双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能，对于提高建筑结构的整体抗震性能具有重要意义。
对双钢板混凝土组合剪力墙的研究已经成为当前结构工程领域的热点之一。
通过深入研究双钢板混凝土组合剪力墙的结构特点、抗震性能分析、设计方法以及工程应用案例，可以为工程实践提供可靠的参考依据。
1.2 研究目的本文旨在探讨双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能，并对其进行全面的研究综述。
具体研究目的包括：（1）分析双钢板混凝土组合剪力墙的结构特点，深入了解其抗震性能；（2）探讨双钢板混凝土组合剪力墙在地震作用下的力学响应，分析其受力机理和抗震性能表现；（3）总结影响双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的关键因素，为其设计和施工提供参考；（4）总结目前双钢板混凝土组合剪力墙的设计方法和工程应用案例，为相关领域的研究和实践提供借鉴；（5）最终旨在为提高双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能提供科学依据和技术支持，推动该结构的工程应用和发展。
通过对以上研究目的的实现，可以全面了解双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能特点，为工程实践提供理论指导和技术支持。
2. 正文2.1 双钢板混凝土组合剪力墙结构特点1. 混凝土核心：双钢板混凝土组合剪力墙的主体结构是由混凝土核心和两侧外钢板组成。
混凝土核心承担主要的受力作用，通过混凝土核心的强度和刚度来抵抗水平荷载和承受剪力力学效应。
2. 外钢板加固：双钢板混凝土组合剪力墙的两侧外钢板起到加固作用，能够显著提高结构的耐震性能。
外钢板的加固设计可以根据具体工程要求进行调整，以保证结构的整体性和稳定性。
3. 结构紧凑：双钢板混凝土组合剪力墙结构紧凑，具有优良的承载能力和稳定性。
框架剪力墙结构
工程案例一：高层住宅楼
总结词
典型应用、抗震性能好
详细描述
框架剪力墙结构在高层住宅楼中应用广泛，由于其良好的抗震性能，能够确保建 筑在地震等自然灾害中的安全。这种结构可以有效抵抗水平荷载，减少结构侧移 ，提高住宅楼的稳定性。
工程案例二：大型商业综合体
总结词
复杂结构、多功能性
详细描述
大型商业综合体通常采用框架剪力墙结构，以满足其复杂的功能需求。这种结构可以根据不同的商业用途灵活布 局，提供较大的空间和自由度。同时，框架剪力墙结构具有较好的承载能力和抗震性能，能够确保商业综合体的 安全和稳定。
增加阻尼器
在结构中增加阻尼器，吸收地 震能量，减小结构振动，提高 抗震性能。
加强地基处理
对地基进行加固和处理，提高 地基的承载力和稳定性，增强
结构的抗震能力。
抗震设计中的注意事项
注意地震动参数的选择
根据地震危险性评估结果，选择合适的地震 动参数进行抗震设计。
注意材料的选择
选择合适的材料进行施工，保证结构的强度 和刚度，提高其抗震性能。
01
02
03
04
结构自振周期
结构自振周期越长，抗震性能 越好。
结构阻尼比
结构阻尼比越大，抗震性能越 好。
结构位移
结构位移越小，抗震性能越好 。
结构加速度
结构加速度越小，抗震性能越 好。
提高抗震性能的措施
加强结构整体性
通过增加连接节点和加强梁柱 等措施，提高结构整体性，增
强抗震能力。
优化结构布局
合理布置墙、柱等构件，优化 结构布局，提高结构的稳定性 和抗震能力。
受力分析方法
1 2 3
弹性分析方法
半刚接钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能的有限元分析
节点 塑性 转 动能力 虽 然满 足要 求 ， 但施 工 复 杂 、 造价
提 高 。 钢板 剪力 墙结 构 （ ｔｅ Ｐ ａｅＳ ｅｒＷａｌ Ｓｅ ｌ ｌｔ ｈ ａ ｌ，简称 ＳＳ ） Ｐ Ｗ 由钢框 架 及 钢 剪 力 墙 板 构 成 ［ ， 边 的钢 ２ 周 。 框架 主要 承 担竖 向荷 载 和 绝 大 部 分倾 覆 力 矩 ， 力 剪
试 验 ， 于等 效拉 杆 模 型＿ 对 半 刚 接 钢 板 剪 力 墙 基 ｌ
１ ２ 试 验 验 证 ．
图 ２ 有 限 元 模 型
图 ３给 出了 ＳＢ Ｅ结 构在 水 平荷 载作 用下 有 — ＡＳ
结 构 的滞 回性 能 进 行 了分 析 ， 点 考 察 了半 刚 性 连 重 接 、 架 强弱 相关 因素 对 钢 板 剪 力 墙 结 构 抗 震 性 能 框
第 ３ ４卷 第 ５ 期
２１ Ｏ ２年பைடு நூலகம்１ 月 Ｏ
木 建 ｕ ｌ＆ Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＣ ｖｌ 土 ｃ ｉ ｃ筑 ａ 环 境 ｉｏ 程 ｔｌ ｇｎ ｅｉ ｇ ｏ ｒ ａ ｉ ｉ．Ａｒ ｈｔ ｔ ｒ 与 Ｅｎ ｒ ｎ ｎ ａ ｏ ｅ ｖ 工 ｍｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ＿４Ｎ ． ｌ３ Ｏ ５
曲线趋 于捏 缩 。随着 节点抗 弯承载 力 的增加 ， 、 强 弱框 架 的 Ｓ Ｓ 结 构 的滞 回性 能趋 于饱 满 ， 能 ＰＷ 耗
能力增 强 ， 平承 载 力呈 增 大 趋 势 ， 对 强 框 架 Ｓ Ｓ 结 构 的 影 响程 度 大 于 弱框 架 Ｓ Ｓ 结 构 。 水 但 ＰＷ ＰＷ
１９ ９ ４年 美 国 Ｎｏｔ ｒ ｇ ｒｈ ｉ ｅ地 震 、 ９ ５年 日本 阪 ｄ １９
而产 生 的脆 性 裂 缝 ， 致 了震 后 的 大 规 模 修 复 。随 导
钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展
㊃综㊀述㊃钢结构(中英文),38(12),1-26(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23062902ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF㊀㊀编者按:当前我国第五代GB 18306 2015‘中国地震动参数区划图“明确了基本㊁多遇㊁罕遇和极罕遇等四级作用的地震动参数确定方法并提高了工程结构抗震设防标准㊂组合结构适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域具有广泛应用价值㊂由于钢管混凝土柱存在间接约束以及界面滑移等特性,其抗震能力可进一步挖掘,以提升强震下重要工程结构的安全性,或者在维持相同性能时节约材料用量㊂学者们通过模型试验㊁理论研究以及关键技术研发,所形成的系列成果在工程结构中得到了成功应用㊂为此,‘钢结构(中英文)“杂志特邀丁发兴教授为主编,系统组织了两期(本期及2024年第1期) 组合结构抗震性能与韧性提升 专栏,向读者介绍国内针对钢管混凝土柱㊁钢管混凝土柱-组合梁节点㊁组合框架以及组合框架-筒体结构等方面的最新研究成果,探讨各有效措施对抗震性能的影响规律,以期推动组合结构技术的完善与升级㊂钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展∗丁发兴1,2㊀许云龙1㊀王莉萍1,2㊀吕㊀飞1,2㊀段林利1,2㊀余志武1,2(1.中南大学土木工程学院,长沙㊀410075;2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心,长沙㊀410075)摘㊀要:钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大㊁承载力高㊁延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛㊂在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁㊁钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力㊁拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向㊂基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力㊂钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力㊂与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力㊂2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加㊂由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的 强柱弱梁,梁耗能为主 向超罕遇地震时的 梁柱共同耗能 推进㊂3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设㊂对强震下组合结构体系的动力响应仿真模拟需要克服弹塑性小变形阶段的假定条件,采用适用于塑性大变形阶段结构分析的混凝土三轴弹塑性本构模型及相应的体-壳元模型是一种有效的途径㊂4)剪力墙结构具有整体性好㊁侧向刚度大等优点,但传统构造下其抗震能力较弱,可通过提升连梁和墙肢等耗能构件的耗能能力以增强结构整体耗能能力,如采用钢-混凝土组合连梁㊁型钢混凝土连梁或合理构造钢板连梁,以及型钢-约束混凝土或钢管混凝土墙肢等㊂5)工程结构在使用阶段面临着诸多灾害考验,传统方法根据不同外荷载进行独立抵抗设计,忽视了多灾害耦合作用机制,使结构综合抗灾性能难以满足使用需求,故建立安全可靠的抗多灾害设计方法和结构体系是结构工程师在防灾减灾领域的一项重大课题㊂关键词:钢-混凝土组合梁;钢管混凝土柱;钢-混凝土组合结构;抗震性能;试验研究∗国家自然科学基金项目(51978664)㊂第一作者:丁发兴,男,1979年出生,博士,教授㊂通信作者:王莉萍,女,1987年出生,博士,副教授,wlp2016@㊂收稿日期:2023-06-290㊀引㊀言中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震灾害给人类社会活动造成了不可估量的损失㊂大量建筑结构因抗震能力不足而倒塌,造成的人员伤1丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023亡和经济损失使得抗震减灾技术成为结构工程师们面临的主要考验㊂为提高建筑结构的抗震性能,研究者们在结构布置和局部构造等方面展开了大量的研究工作㊂钢-混凝土组合结构因充分发挥了两种材料的力学性能优势,提升了结构的刚度㊁承载力和耗能能力而在高层及超高层建筑结构中得到了广泛应用[1]㊂随着经济社会的发展,工程结构抗震设防标准也在不断提升,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法,对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂组合结构中,钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的材料利用效率最高,其抗震性能提升明显㊂为此,笔者对国内外相关钢-混凝土组合结构的主要研究成果进行归纳总结,对组合结构抗震性能方面需要进一步深入研究的工作进行展望,以期为后续研究工作提供一些参考和建议㊂1㊀钢-混凝土组合构件及节点抗震性能1.1㊀钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土板通过栓钉连接而成,发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能优势㊂Daniels等[2]对组合框架中的组合梁进行了抗震性能研究,并给出了组合梁的弹塑性分析方法㊂文献[3-5]先后对组合梁进行了低周往复试验研究,结果表明组合梁具有良好的耗能能力和延性,增设腹板加劲肋或增加腹板厚度能明显提高组合梁的极限承载力,改善构件延性㊂Gattesco 等[6-7]㊁Taplin等[8]和Bursi等[9-10]着重研究了剪力连接件对组合梁抗震性能的影响,指出剪力连接件的布置方式直接影响界面滑移量,进而影响组合梁极限承载力㊂国内聂建国等[11]首先进行了6组钢-混凝土叠合板组合梁低周往复荷载试验研究,结果表明钢-混凝土叠合板组合梁的滞回曲线饱满,且存在界面滑移,其剪力连接度直接影响构件正向极限抗弯承载力,而反向极限抗弯承载力则可依据简化塑性方法计算得出㊂此后,蒋丽忠等[12-16]和Ding等[17]先后对低周往复荷载下钢-混凝土组合梁的抗震性能进行了系列试验研究,分别探讨了剪力连接度㊁力比㊁栓钉直径㊁腹板厚度㊁纵向和横向配箍率对组合梁抗震性能的影响规律,并建立了恢复力模型[13]㊂Liu等[18]建立了三维实体-壳元模型,其中钢梁采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元或弹簧单元,分析结果表明组合梁的抗震能力主要依靠钢梁翼缘,增大钢梁尺寸有利于提高抗震能力,而增大栓钉剪力连接度也有利于提高钢梁的耗能㊂1.2㊀钢管混凝土柱钢管混凝土柱由外钢管内部填充混凝土而成㊂自1965年日本九州大学学者Sasaksi和Wakaba-yashi对方钢管配筋混凝土柱进行拟静力试验后[19],Tomii等[20]也开展了圆钢管混凝土柱拟静力试验研究,表明钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更大的极限承载力,更好的延性和耗能能力,以及更小的刚度退化等特点㊂Elremaily等[21]最早根据试验结果和理论分析指出钢管约束作用提升了柱承载力和抗震性能㊂随后有关钢管混凝土柱抗震性能研究越来越丰富,研究者们分别从材料强度㊁轴压比㊁宽(径)厚比和长细比等方面探讨了钢管混凝土柱抗震性能规律㊂在材料强度方面,吕西林等[22]㊁韩林海等[23]和Liu等[24]先后研究了混凝土强度对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律,结果显示随着混凝土强度的提升,试件初始刚度略有增大,极限承载力也有所提高,但其延性和耗能能力均下降,且刚度退化加快㊂游经团等[25]和Yadav等[26]的试验结果表明:增大钢管屈服强度能够明显提升极限承载力,但对初始抗弯刚度几乎无影响㊂Varma等[27-28]探讨了钢材强度对柱抗震性能的影响规律,低轴压比下柱的延性系数随钢材强度的增大而降低,而当轴压比较大时,该规律并不明显㊂在轴压比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁游经团等[25]㊁Varma等[27-28]㊁张春梅等[29]㊁李学平等[30]㊁李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和Cai等[33]通过试验研究发现,轴压比是影响柱抗震能力的直接因素,增大轴压比导致水平承载力㊁延性和耗能能力下降,刚度退化明显㊂在宽(径)厚比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁Yadav等[26]和李学平等[30]的试验表明,试件水平极限承载力随着宽(径)厚比增大而降低㊂Varma 等[27-28]㊁李斌等[31]和余志武等[34]指出,提高宽(径)厚比可使其延性系数下降㊂聂瑞锋等[32]和Matsui等[35]指出,宽(径)厚比越大,耗能能力越弱㊂在长细比方面,李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和邱增美等[36]通过试验研究表明,随着长细比的增加,钢管混凝土柱初始刚度明显降低,刚度退化加快,水平2钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展承载力和耗能能力变弱,延性系数也明显下降,当长细比达到一定值时延性系数下降更快㊂为加强大宽(径)厚比钢管对混凝土的约束作用而提升其抗震性能,学者们陆续提出了诸多约束措施,如在柱端部焊接钢板或角钢[37],包裹纤维复合材料[38],设置约束拉杆[39]㊁栓钉[40]㊁加劲肋[41]或斜拉肋[42]等局部加强措施,如图1a ~1g 所示,这些局部加强构造一定程度上延缓了柱端塑性铰的形成与发展㊂a 钢板约束;b 角钢约束;c 纤维复合材料约束;d 拉杆约束;e 栓钉约束;f 加劲肋约束;g 斜拉肋约束;h 内拉筋约束㊂图1㊀各种约束方式下的钢管混凝土柱由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,丁发兴[43]在比较各种约束方式后提出了内拉筋约束钢管混凝土柱技术,如图1h 所示,并揭示了内拉筋直接约束混凝土的工作原理㊂此后,丁发兴课题组开展了端部拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究,截面形式包括矩形[44]㊁圆形[45]㊁椭圆形[46]㊁圆端形[47]等,探讨了拉筋与钢管内表面接触方式的影响[48],试验结果表明,实际轴压比高达0.8的超高轴压比钢管混凝土柱仍呈现延性破坏,且钢管混凝土柱塑性铰展现出小偏压和大偏压两个阶段,其韧性得到进一步提升㊂同时,课题组基于体-壳元模型进行了有限元模拟,其中混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元,拉筋采用杆单元,分析结果表明,压弯荷载下拉筋具有降低界面滑移㊁直接约束混凝土以及促进钢管抗弯等效果,从而提高抗弯刚度㊁承载力和耗能能力,其中拉筋大幅度提高了混凝土的耗能能力[49]㊂1.3㊀钢管混凝土柱-组合梁节点作为钢-混凝土组合结构的关键传力部位,组合节点的剪力主要通过钢梁腹板传递,其次通过节点区混凝土和钢管壁间的黏结力和摩擦力传递,而弯矩则主要由加强环板㊁内隔板等构件传递[50]㊂现有节点试验不少是以钢管混凝土柱和纯钢梁的连接为研究对象,而相关组合框架及组合节点的试验研究结果表明,钢梁与楼板在进入弹塑性阶段之后仍能发挥明显的组合效应[51],这种组合效应能显著提高结构的刚度㊁强度及耗能能力,抑制钢梁上翼缘屈曲,增强钢梁的稳定性[52]㊂另外,当节点区域受正向弯矩作用时,楼板与钢梁的组合效应更为显著[53-54],楼板的存在将使中性轴上移,导致钢梁下翼缘应变明显增大,从而促使下翼缘更易发生屈服及破坏,降低组合梁的转动能力[55]㊂鉴于钢筋混凝土楼板对节点区域及结构体系具有重要影响,笔者仅对考虑楼板的组合节点抗震性能试验进行梳理㊂组合梁节点及框架试验表明负弯矩区钢梁下翼缘由于受压易过早出现局部屈曲和失稳的问题,李杨等[56]在普通组合梁负弯矩区下翼缘增设一块混凝土板,开展了钢-混凝土双面组合梁节点的抗震性能试验,与普通组合梁节点相比,双面组合梁节点具有更高的刚度和承载力,但在刚度退化㊁延性系数和耗能能力等方面无明显优势㊂在削弱式节点方面,Xiao 等[57]和Li 等[58]对带楼板的狗骨式节点进行了拟静力试验,结果表明,减小梁截面可促进削弱区域塑性铰的形成,有效避免节点核心区焊缝撕裂㊂在传统刚性节点方面,聂建国课题组先后完成了内隔板式节点[59]㊁栓钉内锚固式节点㊁外隔板式节点[60]和内隔板贯通式节点[61]的拟静力试验研究㊂研究发现:内隔板式节点表现出较强的极限承载能力,但其位移延性系数低;而栓钉内锚固式节点具有较强的变形能力,但极限承载力较低;相比之下,外隔板式节点和内隔板贯通式节点在极限承载能力㊁位移延性系数和耗能能力等方面均具有良好的性能[60-61]㊂此外,聂建国等[62]建立了组合节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型,提出了组合节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力计算公式㊂韩林海课题组[63-64]采用外环板式节点对圆钢管混凝土柱-组合梁节点进行拟静力试验研究,提出了节点的抗剪承载力公式和核心区剪力-剪切变形恢复力模型㊂周期石等[65]提出了楼板钢筋和钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,发现楼板钢筋的穿入增强了节点区域钢梁抗弯刚度和楼板的组合效应,而钢梁翼缘削弱的穿入降低了穿入钢梁对浇筑柱中混凝土的影响㊂研究表明,对于钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,当削弱程度不大时,节点具有良好的抗震性能,但仍将降低节点的刚3丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023度㊁承载力和耗能能力㊂在半刚性节点方面,Mirza等[66]分别对半刚性单边螺栓节点进行了静力和拟静力试验,并根据有限元分析结果给出了构造设计方法㊂王静峰等[67-69]进行了半刚性单边螺栓节点试验,包含圆㊁方钢管和带纵向加劲肋钢管的拟静力试验以及带纵向加劲肋钢管混凝土柱的拟动力试验㊂试验结果表明,圆钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力和弹性刚度要大于方截面[67];外伸端板连接节点的承载力和弹性刚度要大于平齐端板连接,而其转动能力和延性性能要低于平齐端板连接[68-69]㊂Yu等[70]提出了上焊下栓式的节点连接方式,即钢梁上翼缘与柱隔板焊接,下翼缘与柱隔板通过螺栓连接,螺栓连接处板件的滑移有利于降低钢梁下翼缘应力,避免出现过早断裂的现象㊂欧洲规范[71]中,根据初始转动刚度大小,将节点分为铰接㊁半刚性连接和刚性连接;根据抗弯承载力大小,将节点分为铰接㊁部分强度和全强度㊂Ding 等[72]认为该分类标准对于半刚性连接节点的定义较为宽泛,难以准确判定试件的类型,应根据节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力等性能指标综合定义,并将其细化为半刚接㊁准刚接㊁Ⅰ类刚接和Ⅱ类刚接四类㊂据此,丁发兴等[73]完成了端板螺栓连接和加强环连接组合梁节点的拟静力试验,利用柱内拉筋 强柱 构造和加劲肋 强梁 构造技术实现了节点核心区强连接,显著提升了螺栓连接节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力,使栓连节点达到了刚性节点的性能要求㊂同时,内拉筋 强柱 构造技术实现了轴压比高达0.8时,组合节点梁端发生弯曲破坏的失效模式㊂除了以上相关平面框架组合节点抗震性能试验研究外,樊健生等[74-75]从加载路径㊁混凝土楼板㊁柱类型及节点位置等方面对空间组合内隔板贯通式节点进行了拟静力试验,结果表明空间受力的节点在承载力和延性性能等方面均有明显下降,因此平面荷载作用不能完全反映其抗震性能,在节点设计中应考虑空间荷载的耦合作用㊂2㊀钢-混凝土组合结构体系抗震性能组合梁㊁柱及其组合节点等构件的研究最终以在结构体系中的应用为落脚点,因而各类组合构件集成后的体系响应是工程实践重要的关注点之一㊂笔者以钢-混凝土组合框架结构为主要对象,根据不同试验方法分别梳理了研究者在有关结构体系抗震方面的研究成果㊂2.1㊀试验研究2.1.1㊀拟静力试验Matsui[76]㊁Kawaguchi等[77-78]㊁马万福[79]㊁钟善桐等[80]㊁李斌等[81]㊁王来等[82]㊁李忠献等[83]和王先铁等[84]对钢-混凝土组合框架模型进行了系列抗震性能试验研究,指出钢-混凝土组合框架结构的抗震性能要优于钢筋混凝土框架和钢框架结构㊂为研究混凝土楼板在框架结构中的组合效应,聂建国等[85]完成了4层单跨纯钢框架和组合框架结构的拟静力试验㊂结果表明:与整体性较差的纯钢框架相比,组合框架的抗侧刚度因混凝土楼板空间作用而大幅提升㊂Tagawa等[86]㊁Nakashima 等[87]和聂建国等[52,88]分别进行了足尺框架子结构拟静力试验,探讨了混凝土楼板对结构刚度㊁强度㊁耗能及变形能力的影响规律,确定了在结构设计中楼板组合效应的有效计算宽度㊂王文达等[89]㊁王先铁等[90]和余志武等[91]以柱截面形状㊁材料强度㊁含钢率㊁轴压比和梁柱线刚度比等为研究对象,对组合框架结构开展了往复荷载作用下的试验研究,探讨了各参数对组合框架结构抗震性能的影响规律,提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型及位移延性系数简化计算方法㊂王静峰等[92-94]和王冬花等[95]研究了往复荷载作用下半刚性单边高强螺栓连接组合框架的抗震性能和破坏机理,分析了滞回及骨架曲线㊁强度和刚度退化规律㊁延性及耗能能力等力学性能指标,并建立了半刚性钢管混凝土框架的弹塑性地震反应分析模型,提出了一种适用于半刚性钢管混凝土框架的P-Δ关系曲线的简化二阶方程和弹塑性层间位移的简化计算方法㊂此外,赵均海等[96]提出了装配式复式钢管混凝土框架结构及其极限承载力简化计算方法,阐述了柱-柱拼接节点和加强块梁柱节点在此类结构中的应用效果㊂Ren等[97]和王波等[98]在钢管混凝土框架中增设屈曲约束支撑装置,研究水平反复荷载作用下耗能减震部件对结构抗震性能的影响㊂结果表明:增设屈曲支撑不仅对结构的刚度和承载力有提升作用,还能延缓塑性铰的形成,增强结构延性和耗能能力㊂丁发兴等[99]完成了2层2跨组合框架对比试验研究,结果表明:内拉筋强柱构造措施提升了框架结构的刚度和承载力,延缓了柱端塑性铰的形成,增强了结构延性和耗能能力㊂由此可见,内拉筋提升框架柱的刚度㊁承载力和耗能能力,其效果相当于增4钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展设屈曲支撑㊂2.1.2㊀拟动力试验宗周红等[100]通过对缩尺比例为1/3的半刚性两层空间组合框架的拟动力试验,从层间刚度㊁自振频率㊁加速度反应㊁位移反应和滞回曲线等方面评估了该结构的动力响应和耗能性能,研究了峰值加速度㊁频谱特性和强震持续时间对结构动力响应和力学性能的影响,建立了组合框架结构动力分析模型㊂Herrera等[101]按照3/5的比例对一幢节点采用T型连接方式的4层组合框架进行了拟动力试验,结果表明此类节点的组合框架满足美国相关设计标准㊂在半刚性节点组合框架方面,He等[102]对缩尺比例为4/7的端板螺栓连接组合框架子结构模型先后进行了拟动力㊁拟静力和静力推覆试验,从层间位移及剪力㊁应变㊁转角和耗能等方面分析结构在多遇地震㊁设防地震㊁罕遇地震和超罕遇地震水准下的动力响应㊂完海鹰等[103]对节点采用长螺栓式双腹板顶底角钢半刚性连接的钢管混凝土框架进行拟动力试验研究,探讨不同峰值加速度下结构的受力特征㊁刚度退化㊁动力响应及耗能能力㊂王静峰等[104-105]通过两组拟动力试验分别研究了钢管混凝土柱-组合梁框架和钢管混凝土柱-钢梁框架的动力性能和破坏特征,探讨了柱截面形式和端板类型对结构性能的影响㊂试验结果表明,圆形柱组合框架的最大位移响应和累积耗能均大于方形柱组合框架,但其初始刚度和承载力则弱于方形柱组合框架㊂此外,王静峰等[106]还采用混合试验方法对装配式中空夹层钢管混凝土组合框架开展了拟动力试验研究,分析了该组合框架结构在峰值加速度为0.62g和1.24g时的动力响应和破坏机理㊂在屈曲约束支撑组合框架方面,Tsai等[107-108]完成了多级地震作用下3层3跨足尺钢管混凝土柱屈曲约束支撑框架拟动力试验研究,探讨了屈曲约束支撑对结构整体抗震性能的影响,并从有效刚度㊁耗能和位移延性系数等方面评估了支撑构件连接方式的有效性㊂郭玉荣等[109]完成了防屈曲支撑组合框架子结构拟动力试验,提出了防屈曲支撑可增强结构的抗侧刚度和变形恢复能力㊂2.1.3㊀振动台试验黄襄云等[110-111]利用振动台试验对5层2跨2开间钢管混凝土空间框架结构的动力特性㊁加速度反应和位移反应进行了分析,并分别按等强度㊁刚度㊁截面积的原则将钢管混凝土柱换算成钢筋混凝土柱进行试算,综合评定了该结构的抗震性能㊂杜国锋等[112]采用单输入㊁单输出方式对8层单跨2开间钢管混凝土柱-钢梁框架进行动力特性试验,并通过3种不同地震波作用分析了结构的最大地震作用力㊁层间剪力㊁位移和应变反应㊂邹万山等[113]通过振动台试验得出,不同频谱特性的地震波对模型结构的加速度和位移反应分布曲线形状影响较小,且模型各层绝对加速度主要由前两阶振型决定,其他高阶振型的影响可以忽略㊂罗美芳[114]研究了不同工况下4层钢-混凝土组合框架结构的动力响应及破坏模式,评价了该结构的抗震性能㊂童菊仙等[115-116]设计并制作了有㊁无侧向耗能支撑的5层单跨2开间的方钢管混凝土柱框架模型,利用振动台试验对两种框架的动力特性和地震响应进行分析,得到了结构的振型㊁周期和阻尼比等基本属性,以及地震波作用下的位移㊁加速度和应力响应㊂结果表明:即使没有楼板的组合作用,结构仍具有较好的抗震性能;侧向支撑可承担部分水平地震作用,减小了结构的动力反应㊂陈建斌[117]和吕西林等[118]完成了国内首个方钢管混凝土高层组合框架-支撑结构振动台试验㊂试验中发现结构支撑体系的破坏较为严重,试验结果表明:该结构的动力性能介于钢筋混凝土结构和钢结构之间且更倾向于钢结构,其塑性㊁韧性和抗震性能表现良好,并通过计算结果显示阻尼器对加快结构峰值反应后的振动衰减具有较大作用㊂为研究地震作用下半刚性连接组合梁框架的动力特性以及破坏模式,李国强等[119]进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究㊂结果显示:当峰值加速度高达1.2g时,结构整体仍未发生明显损坏,表明该结构形式可满足高烈度区域的抗震设防要求㊂Han等[120]对两个由组合框架结构和钢筋混凝土剪力墙混合形成的高层建筑模型进行了振动台试验,对比分析了圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱对该混合结构体系整体性能的影响,验证了组合框架结构与核心剪力墙结构在地震作用下优良的复合效应和抗震性能㊂2.2㊀理论分析静力弹塑性分析法是以反应谱为基础,首先依据抗震需求谱和结构能力谱得到地震作用下建筑结构所产生的目标位移,随后在建筑结构上施加稳定的竖向荷载,同时施加单调递增的水平荷载直至达到目标位移,最后评估结构最终状态下的抗震性能㊂通过该方法可以评估地震作用下结构的内力和变形5。
剪力墙结构在地震中的力学行为与破坏机理
剪力墙结构在地震中的力学行为与破坏机理引言剪力墙结构是一种常用的抗震结构形式，它以具有较高刚度和抗震能力的剪力墙为主要抗震组件。
剪力墙的主要作用是通过承担大部分剪力和弯矩的传递来提供抗震性能。
然而，在地震作用下，剪力墙结构可能会遭受破坏，因此对其力学行为和破坏机理的研究具有重要意义。
剪力墙结构的力学行为剪力墙结构在地震作用下主要承担剪力、弯矩和轴力的传递。
在地震过程中，地震荷载导致剪力墙结构发生变形和振动。
剪力墙结构的刚度和阻尼特性对其地震响应起着重要的控制作用。
剪力墙的刚度主要受到其几何形状、材料性能、墙体厚度以及墙体之间的连接方式等因素的影响。
通常情况下，剪力墙的刚度较高，能够有效地抵抗地震荷载产生的位移和变形。
剪力墙结构的阻尼特性是指剪力墙在地震作用下能够吸收和消散地震能量的能力。
阻尼特性主要由墙体材料和剪力墙周围土体的材料性质所决定。
较高的阻尼特性可以有效减小地震响应。
剪力墙结构的破坏机理在地震作用下，剪力墙结构可能会发生以下几种破坏形式：1.剪切破坏：由于地震荷载的作用，剪力墙受到剪切力的作用，当剪力达到一定程度时，剪力墙可能会发生剪切破坏。
这种破坏形式通常表现为剪切裂缝的产生，并逐渐扩展和发展。
2.拉伸破坏：在地震作用下，剪力墙可能会受到拉伸力的作用，当拉伸力超过材料的抗拉强度时，剪力墙可能会出现拉伸破坏。
这种破坏形式通常表现为剪力墙表面的裂缝和撕裂。
3.剪力墙底部的倾覆破坏：当地震荷载作用下，剪力墙底部受到较大的剪切力矩时，剪力墙可能会发生倾覆破坏。
这种破坏形式通常会导致整个剪力墙结构的破坏。
4.粘结失效：剪力墙结构中，剪力墙与梁柱之间通过粘结连接。
在地震作用下，可能会发生粘结材料的失效，导致剪力墙结构的破坏。
剪力墙结构在地震中的力学行为和破坏机理是一个复杂的问题。
研究表明，剪力墙结构的刚度和阻尼特性对其抗震行为具有重要影响。
此外，剪力墙结构可能会遭受剪切破坏、拉伸破坏、倾覆破坏和粘结失效等破坏形式。
钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震性能研究
钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震性能研究【摘要】本文主要针对钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震性能展开了分析，讨论了钢框架-混凝土抗侧力结构抗震性能的相关问题，深入分析了钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震效果。
【关键词】钢框架-混凝土；抗侧力结构；抗震；性能一、前言钢框架-混凝土抗侧力结构在我国应用较为广泛，因此，分析钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震性能就尤为重要，这关乎钢框架-混凝土抗侧力结构的使用效果和使用质量。
二、钢板混凝土剪力墙的种类钢板混凝土剪力墙在组成上主要分为:钢框架加内嵌钢板，再在钢板上贴混凝土墙板的偏向于钢结构的钢板混凝土剪力墙;钢框架加内嵌钢板，再整体现浇混凝土的偏向于混凝土结构的钢板混凝土剪力墙。
传统的组合钢板剪力墙，预制混凝土板与钢板叠合在一起，共同抵抗水平荷载。
混凝土板与钢板之间通过栓钉连接，且混凝土板与周边框架之间没有缝隙。
在水平荷载作用下，混凝土板角部与钢框架发生挤压变形，导致混凝土板角部提前开裂或者压碎，栓钉周围的混凝土在循环往复荷载作用下，也很快压碎剥落。
因此在加载后期，失去混凝土板保护的内嵌钢板，表现出和非加劲钢板剪力墙墙板一样的力学性能。
三、钢框架-混凝土剪力墙设计存在的问题1、混凝土剪力墙的刚度退化将加大钢框架的剪力。
在水平地震力作用下，由于钢框架的抗侧移刚度远小于混凝土剪力墙，钢框架承担的水平剪力除顶部几层接近20%楼层总剪力外，中部及下部约为相应楼层剪力的15%左右。
在反复地震的持续作用下，结构进入弹塑性阶段时，剪力墙产生裂缝后，抗推刚度大幅度降低，而钢框架由于弹性极限变形角大于混凝土剪力墙甚多，虽然此时的水平地震作用要小于弹性阶段，但钢框架仍有可能要承担比弹性阶段大得多的水平地震剪力和倾覆力矩。
因此，需要调整钢框架部分所承担的水平剪力，以提高钢框架的承载力，并采取措施提高混凝土剪力墙的延性，如何定量地进行这种调整有关钢结构规范尚未明确，目前只能依据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）的8.1.4条进行调整。
基于位移的钢-混凝土组合框架结构抗震性能分析的开题报告
基于位移的钢-混凝土组合框架结构抗震性能分析的
开题报告
1. 研究背景
钢-混凝土组合框架结构是一种新型的结构体系，因其具有结构性能优异、施工方便等优点，近年来在高层建筑领域得到了广泛应用。
然而，由于其结构形式复杂、钢筋混凝土之间的破坏模式复杂多样等原因，其
在地震灾害中的抗震性能尚需深入研究。
2. 研究目的
本研究旨在通过建立数值模型，分析位移对钢-混凝土组合框架结构在地震作用下的抗震性能，并探讨其受力机理和变形特征。
3. 研究内容
3.1 建立钢-混凝土组合框架结构的有限元模型；
3.2 进行地震波动分析，确定结构的动力特性；
3.3 分析结构在地震作用下的受力机理和变形特征；
3.4 探讨位移对结构抗震性能的影响。
4. 研究方法
4.1 采用ANSYS软件建立钢-混凝土组合框架结构的有限元模型；
4.2 通过多种地震波动分析方法，确定结构的动力特性；
4.3 采用位移控制的方式进行地震反应分析，分析结构在不同位移控制下的受力机理和变形特征；
4.4 采用参数分析的方法，研究位移对结构抗震性能的影响。
5. 研究意义
本研究将有助于深入了解钢-混凝土组合框架结构在地震作用下的抗震性能，为其设计、施工提供科学依据。
同时，研究结果可为类似结构的设计和抗震加固提供参考。
半刚接钢框架-内填剪力墙结构滞回性能的数值模拟
第25卷第4期 V ol.25 No.4 工 程 力 学 2008年 4 月 Apr. 2008 ENGINEERING MECHANICS184———————————————收稿日期：2006-09-23；修改日期：2007-01-10 基金项目：国家自然科学基金项目(50378058)作者简介：方有珍(1972―)，男，安徽望江人，副教授，博士，从事钢结构与组合结构的研究(E-mail: Fyz72@)；*顾 强(1953―)，男，辽宁人，教授，博士，博导，从事钢结构研究(E-mail: guqiang383@)；郁银泉(1962―)，男，江苏人，教授级高工，学士，总工/副院长，主要从事结构工程方面的研究(E-mail: yuyq@)； 申 林(1973―)，男，河南人，高工，博士，从事钢结构方面的研究(E-mail: shenl@).文章编号：1000-4750(2008)04-0184-07半刚接钢框架-内填剪力墙结构滞回性能的数值模拟方有珍1，*顾 强1，郁银泉2，申 林2(1. 苏州科技学院土木工程系，苏州 215011；2. 中国建筑标准设计研究院，北京 100044)摘 要：为了系统研究半刚接钢框架-RC 剪力墙结构的滞回性能，编制了非线性有限元程序SRCWNP 。
对两层单跨半刚接钢框架(柱弱轴)-RC 剪力墙结构试验试件的滞回性能进行有限元模拟。
分析了RC 墙裂缝开展；混凝土压溃过程；结构的内力分配；滞回曲线和破坏模式。
模拟结果与试验结果基本吻合。
关键词：半刚接钢框架；剪力墙；滞回性能；有限元法；SRCW 结构 中图分类号：TU391; TU398+.2 文献标识码：ANUMERCIAL MODELLING OF HYSTERESIS BEHA VIOR OFCOMPOSITE STEEL FRAME WITH PR CONNECTION-REINFORCEDCONCRETE INFILL WALL STRUCTURAL SYSTEMFANG You-zhen 1 , *GU Qiang 1 , YU Yin-quan 2 , SHEN Lin 2(1. Deptartment of Civil Engineering, University of Science and Technology of Suzhou, Suzhou, Jiangsu 215011, China;2. China Institute of Building Standard Design & Research, Beijing 100044, China)Abstract: To investigate the hysteresis behavior of composite steel frame with PR connection-reinforced concrete infill wall structural systems, a nonlinear finite element program SRCWNP was developed. The specimen of a two-story–one-bay SRCW(weak axis of column) with PR connection from the test was selected as the object for numerical simulation. The appearance and development of cracks and crushing of concrete in the RC wall is summarized, internal force distribution pattern are analyzed, and its hysteresis behavior and failure mode are derived. The result showed that the numerical results agree well with the test results.Key words: steel frame with PR connection; shear wall; hysteresis behavior; FEM; SRCWSRCW 结构体系(全称Composite Steel Frame— Reinforced Concrete Infill Wall Structural System)是由钢框架和RC 墙体通过连接件组合而成的一种混合结构体系，是以钢框架梁柱作为外围构件承担竖向荷载和大部分倾覆力矩，而内填RC 剪力墙分担大部分水平剪力的一种组合结构形式。
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基于组件法的半刚性框架-钢板剪力墙结构抗震性能研究
基于组件法的半刚性框架-钢板剪力墙结构抗震性能研究
摘要：钢板剪力墙结构是一种常用的抗震结构形式，其性
能对于保护建筑和居民的安全至关重要。本文采用基于组件法
的研究方法，对半刚性框架-钢板剪力墙结构的抗震性能进行
了分析和研究。通过模拟地震作用，对结构在不同水平地震荷
载下的变形特性、破坏机理以及抗震能力进行了评估。结果表
明，半刚性框架-钢板剪力墙结构在地震荷载作用下表现出较
高的抗震性能，可以有效地减小结构的震害程度，保证建筑的
安全性。
关键词：组件法，半刚性框架-钢板剪力墙，抗震性能，
地震荷载
1. 引言
地震是一种破坏性极强的自然灾害，对于建筑结构的安全性提
出了很大的挑战。钢板剪力墙结构作为一种新型的抗震结构形
式，具有良好的抗震性能，被广泛应用于建筑工程中。半刚性
框架-钢板剪力墙是其中一种常见的钢板剪力墙结构形式，其
结构具有较高的刚度和强度，同时还具有良好的延性和耗能能
力。
2. 研究方法
本文采用基于组件法的研究方法，结合有限元分析软件，对半
刚性框架-钢板剪力墙结构进行了模拟分析。首先，建立了结
构的有限元模型，包括框架和钢板剪力墙两部分。然后，对模
型施加地震荷载，模拟地震作用下结构的变形和破坏过程。最
后，通过分析结构的力学性能和破坏机理，评估结构的抗震性
能。
3. 结果分析
通过对半刚性框架-钢板剪力墙结构进行有限元分析，得到了
结构在不同水平地震荷载下的变形特性和破坏模式。结果表明，
结构在地震荷载作用下呈现出较大的变形，但结构整体仍能保
持较好的稳定性。钢板剪力墙作为主要抗震组件，承担了大部
分地震荷载，起到了良好的抗震效果。
此外，通过对结构的抗震能力进行评估，发现半刚性框架
-钢板剪力墙结构具有较高的抗震性能。结构在地震荷载下的
变形和破坏程度较小，能够有效地保护建筑和居民的安全。因
此，采用半刚性框架-钢板剪力墙结构是一种可靠和有效的抗
震设计方法。
4. 结论
本文采用基于组件法的研究方法，对半刚性框架-钢板剪力墙
结构的抗震性能进行了研究。通过分析结构的变形特性、破坏
机理以及抗震能力，得出了结论：半刚性框架-钢板剪力墙结
构具有较高的抗震性能，能够有效地减小地震震害程度，保证
建筑的安全性。这对于抗震工程的设计和实施具有一定的参考
价值。
然而，本文的研究结果还需要进一步验证和完善。今后的
研究可以考虑更多的结构参数和材料性能对于结构抗震性能的
影响，进一步优化结构设计，提高其抗震能力和经济性。同时，
还可以开展更多的试验研究，以验证本文的模拟结果，并为工
程实践提供更加可靠的参考依据
综上所述，本文通过研究半刚性框架-钢板剪力墙结构的
抗震性能，得出了以下结论：结构在地震荷载下显示出较大的
变形，但整体仍能保持较好的稳定性。钢板剪力墙作为主要抗
震组件能够有效承担大部分地震荷载，具有良好的抗震效果。
采用半刚性框架-钢板剪力墙结构设计是一种可靠和有效的抗
震方法，能够减小地震震害程度，确保建筑和居民的安全。然
而，本研究结果还需要进一步验证和完善，可以考虑更多的结
构参数和材料性能对抗震性能的影响，并进行更多的试验研究，
为工程实践提供可靠的参考依据