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1、纯钢板剪力墙的分类及性能
2、组合剪力墙的抗震研究与发展 3、中国国家博物馆钢板剪力墙应用简介
主要内容:
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•纯钢板剪力墙的分类及性能
非加劲厚钢板墙
最早出现在20世纪70年代的美国,一般按国际通用的正则化宽厚比定义,若钢材取Q235,宽厚比小于或等于100的墙板可避免屈曲先于屈服,被界定为厚板范畴。不足之处是耗钢量太大,调整刚度不变,应用受到限制,现在已很少采用。
非加劲薄钢板墙
若钢材取Q235,则宽度比大于或等于150的墙板被定义为薄板范畴。
问题:
⑴水平荷载作用下,非加劲薄板始终伴随较大的类似击鼓的屈曲声响,同时产生面外变形。这意味着在较大风荷载或地震作用过程中,舒适度不理想,使用性不佳。
⑵实际工程中,剪力墙往往布置在电梯并周围作为内筒墙,电梯的运动容易引起薄钢板墙的振动,另外,与其他所有钢板墙一样,其材料特点要求它有较高的防火措施。
⑶非加劲薄钢板主要依靠屈曲后形成的拉力场来抵抗水平力,锚固在框架上的拉力场对边柱会产生较大的附加弯矩,增加了柱子的稳定负担为保证墙板拉力场得充分发挥,边柱必须有足够的锚固刚度。
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•纯钢板剪力墙的分类及性能
加劲钢板墙
出现在20世纪70年代的日本,通过在较薄的钢板上设置适当数量和一定刚度的加劲肋,将薄板分成受力性能类似于厚板的小区格,以提高薄板的屈曲荷载,抑制墙板的屈曲。加劲肋一般为各种截面形式的冷弯薄壁型钢,且通常与墙板用角焊缝连接。
问题:
⑴由于内嵌钢板较薄,施焊起来容易“烧穿”,大量焊接部位不可避免地存在裂纹、夹杂等缺陷,在往复荷载的作用下,裂纹易迅速扩展并很快发生脆性断裂,降低了墙板的延性。
⑵焊接产生的的残余应力和面外变形影响到墙板的力学性能,特别是对抗侧刚度的削弱较大。
⑶加劲肋易发生局部屈曲并降低加劲肋的加劲效率,而且反复局部屈曲加速了加劲肋的断裂,最终失去加劲作用。
(b)采用对角拉压带布置,不仅给薄钢板提供面外约束,且增大了侧向刚度。
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•纯钢板剪力墙的分类及性能
两侧开缝钢板墙
钢板只有上、下边与框架梁相连,而在左、右两侧与框架柱之间留出一定的距离,避免了钢板拉力场对柱子的不利影响。
问题:
墙板与柱子脱开后,侧移刚度和承载力都有较大幅度的下降,因为墙板拉力场完全锚固在梁上。
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•纯钢板剪力墙的分类及性能
低屈服点钢板墙
采用低屈服点钢材来降低墙板拉力场的强度。一般的,日本把材料屈服强度fy=100~165MPa的钢材定义为低屈服点钢材。此类材料的钢板墙能较早的进入屈服并具有非常强的耗能能力,且其具有更长的低周循环疲劳寿命和更好的可焊性等优点。
Nakashima等的试验表明,低屈服点钢的屈服强度不到Q235钢的一半,而伸长率则是Q235钢的2倍多,其抗剪滞回环也呈饱满的梭形。基于此,在日本,低屈服点钢板墙主要被做成耗能器元件使用。
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•纯钢板剪力墙的分类及性能
开洞钢板墙
采用在墙板上开洞削弱墙板拉力带的方式降低拉力场效应,削减拉力场对框架柱产生的不利作用。洞口的布置也有利于设备管线的穿越。此外,梁端截面可处理成犬骨式节点,有意进行削弱,主要考虑实现延性设计,让结构的破坏集中在墙板和梁端,进一步保护柱子。
问题:与两侧开缝及低屈服点钢板墙的原理相同,开洞钢板墙也是以牺牲墙板的承载力、刚度及耗能能力为代价来保护柱子。此外,开洞增加了墙板的制作工序,费用有所增加。
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•纯钢板剪力墙的分类及性能
压型钢板墙
与平整的薄板相比,压型钢板能显著增强板的面外刚度,屈曲荷载大为提高。
问题:压型钢板一般较薄,以压型钢板作为墙板,其破坏形式主要表现为折屈破坏,一旦发生折屈,承载力下降得非常快,不但延性极差,而且荷载反向后,承载力也再难生成;压型钢板墙可大幅提高平板的屈曲荷载,能将薄板的受力特征朝厚板过渡,但鉴于压型板屈曲后不能有效形成拉力带,要想获得较好的力学性能,必须合理地选择钢板厚度。
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•纯钢板剪力墙的分类及性能
竖缝钢板墙
采用在两侧开缝钢板墙基础上,把整块钢板分割成一系列柱状板条的关键构造,板条类似受弯小柱一样工作,从而将墙板的变形由剪切转化为弯曲,希望以此提高墙板的延性,且进一步减小对柱子的影响。在小型住宅有所应用(如四川都江堰钢结构住宅小区)
问题:抗侧刚度小,板被分割,拉力场路径不通畅,侧向承载力也不大,无法单独作为结构的主要抗侧力体系工作;且为保持好的延性,必须保证板的整体面外屈曲与弯曲板条和边缘加劲肋的弯扭屈曲、弯曲链杆的端部撕裂不先于弯曲板条屈服,条件苛刻;开竖缝会大量增加制作成本,且使得墙板分析参数繁多,设计中理论预测准确度不高。
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•组合剪力墙的抗震研究与发展
组合剪力墙按照组合形式可分为:单一组合剪力墙和双重组合剪力墙。
单一组合剪力墙:指采用一种组合形式的剪力墙,采用和研究最多的是钢-混凝土材料组合剪力墙,主要包括:型钢混凝土剪力墙、带钢管混凝土边框的剪力墙、钢板-混凝土组合的剪力墙。
双重组合剪力墙是指采用两种组合形式的剪力墙,如不同受力体系和不同材料的双重组合。
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