防屈曲钢板剪力墙研究进展浅析

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  摘 要:介绍了防屈曲钢板剪力墙的基本构成,分析了其力学性能及特点,对各种形式的防屈曲钢板剪力墙的研究现状进行综述,指出了研究中的存在的问题。研究表明,防屈曲钢板剪力墙抗震性能优异,是一种适合在高烈度震区使用的抗侧力体系。
  关键词:防屈曲钢板剪力墙;拉力场;抗震性能;抗侧力体系
  引 言
  钢板剪力墙是一种新型的抗侧力构件,可与框架结构一起构成双重抗侧力体系,在日本和美国的应用的比较多的是非加劲钢板剪力墙,利用钢板屈曲后性能,且具有良好的延性和耗能能力,施工速度快,经受地震后更换方便等优点[1]。但普通薄钢板墙屈曲后会发生刚度退化,抗侧力以及耗能能力均会下降,产生的拉力场对边柱有附加弯矩作用,不利于边柱的稳定受力。为此,一些学者提出防屈曲钢板剪力墙,采用预制钢筋混凝土板及螺栓连接。研究结果表明能有效地防止钢板发生屈曲,抗震性能更好。
  1 防屈曲钢板墙概述
  防屈曲钢板剪力墙的主要组成部分,如图1所示,包括内置钢板、预制钢筋混凝板和连接螺栓。内置钢板与钢筋混凝土板之间光滑接触无粘结,以此防止钢板发生屈曲。钢板剪力墙一般不承受竖向荷载。钢板是抗侧力构件,约束盖板起面外约束的作用。钢框架用来抵抗竖向荷载及弯矩作用。由于有面外混凝土板的约束,具有较大的初始刚度,其受力机制以剪切机制为主,钢板先屈服后屈曲,提高了整个体系的抗侧承载力。侧向力不断加大,一般以框架柱脚与基础之间的焊缝发生应力集中而破坏,整个过程受力比较稳定[2].。
  在有良好面外约束的条件下,防屈曲钢板剪力墙有以下优点:①延性及塑性变形好。②滞回性能稳定。③对边框柱无附加弯矩作用。④发生钢板屈曲时无明显响声,舒适性好;⑤保温,隔热,隔音效果好,节能环保。
  2 防屈曲钢板墙研究进展
  郭彦林,周明等人[3]考察了防屈曲钢板墙、组合钢板墙以及普通钢板墙在往复荷载作用下的极限承载力性能、滞回特性、延性以及破坏特征等,通过对比分析揭示不同类型钢板墙的受力机理与特点,并得到了防屈曲钢板墙的抗剪极限承载力和弹性抗侧刚度设计公式。
  蔡克铨[4,5]通过采用低屈服点钢,使钢板屈服承载力低于屈曲承载力,钢板屈服耗能而不会产生整体屈曲,从而减小了混凝土板的破坏。试验结果表明滞回曲线相对比较饱满,耗能能力较强。
  陆烨等[6,7]对工型大高宽比防屈曲钢板剪力墙的承载力及初始刚度进行了数值及实验研究,得出了此类钢板墙的初始刚度和屈服承载力估算公式,且具有较好的精度,可以在工程实践中应用。
  刘学亮、李国强[8]对工型小高宽比防屈曲钢板剪力墙的抗震性能进行了分析。通过理论推导及有限元分析对比的,提出了小高宽比防屈曲钢板剪力墙的初始刚度和屈服承载力的计算公式,适用性较好。
  同济大学孙飞飞、戴成华[9,10]通过对5个试件的低周反复荷载试验,研究了带竖缝数相对较少的防屈曲钢板墙的性能。试验表明,开竖缝防屈曲钢板墙滞回曲线饱满,耗能能力强,而且延性好。
  同济大学孙飞飞、王文涛[11]提出了竖缝数相对较少且利用约束龙骨来提供面外约束作用的的防屈曲钢板剪力墙,进行了三个试件的低周反复加载试验。试验表明,此钢板墙的延性好,但约束龙骨的屈曲约束效果较混凝土板来说并不理想,试验滞回曲线捏拢比较明显,耗能能力较弱。
  3 结论
  由于出色的延性和耗能能力,防屈曲钢板剪力墙理论上是一种理想的耗能构件;且内嵌钢板对边框柱无附加弯矩,无需对柱进行加强。这些特点使得防屈曲钢板剪力墙具有很好的應用前景,而目前国内外对防屈曲钢板剪力墙的研究比较零散,还未形成一套完整的、行之有效的理论,因此有待于对其进行更深入的研究。本文旨在对目前的防屈曲钢板剪力墙的研究状况进行综述,希望能为防屈曲钢板剪力墙的研究提供帮助。
  参 考 文 献
  [1] Case Studies of Recent High-Rise Structures.17th Analysis and Computation Specialty Conference at Structures 2006,St. Louis, Missouri, United States,May 18-21,2006.
  [2] 郭彦林,周明.钢板剪力墙的分类及性能[J].建筑科学与工程学报,2009,26(3): 1-13.
  [3] 郭彦林,董全利,周明等.防屈曲钢板剪力墙滞回性能理论与试验研究[J].建筑结构学报,2009, 30(1):31-39,47.
  [4] 蔡克铨,林盈成,林志翰等.钢板剪力墙抗震行为与设计[J].建筑钢结构进展,2007,9 (5):19-25.DOI: 10.3969/j.issn.16719379.2007.05.004.
  [5] 蔡克铨,朱骏魁,李昭贤等.多楼层钢板剪力墙之耐震设计研究[J].建筑钢结构进展,2012,14 (2): 14-27.
  [6] 陆烨,李国强,石文龙等.I型大高宽比防屈曲组合钢板剪力墙的试验研究[C].//第八届全国地震工程会议论文集.2010:516-518.
  [7] 陆烨.大高宽比屈曲约束组合墙钢框架束柱体系性能研究[D].同济大学土木工程学院,2009.
  [8] 刘学亮,李国强.小高宽比I型屈曲约束钢板剪力墙抗震性能研究[C].//第六届全国防震减灾工程学术研讨会暨第二届海峡两岸地震工程青年学者研讨会论文集.2012:1-4.
  [9] 戴成华.框架—开缝组合钢板墙结构抗震设计方法研究[D].同济大学土木工程学院,2009.
  [10] 孙飞飞,王文涛,刘桂然等.开缝钢板剪力墙的理论分析与数值模拟[J].建筑钢结构进展, 2011,13(5):37-43.
  [11] 王文涛.屈曲约束开缝组合钢板剪力墙试验研究与理论分析.同济大学硕士学位论文,2008.
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