工程力学 ›› 2019, Vol. 36 ›› Issue (6): 49-59,69.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0461

• 土木工程学科 • 上一篇    下一篇

腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究

王宇航1, 刘元九2, 周绪红1   

  1. 1. 重庆大学土木工程学院, 重庆 400045;
    2. 中南电力设计院有限公司, 武汉 430071
  • 收稿日期:2018-08-24 修回日期:2018-12-15 出版日期:2019-06-25 发布日期:2019-05-31
  • 通讯作者: 刘元九(1991-),男,湖北孝感人,硕士生,主要从事钢结构耗能减震研究(E-mail:liuyuanjiu1505@163.com). E-mail:liuyuanjiu1505@163.com
  • 作者简介:王宇航(1985-),男,重庆人,研究员,博士,主要从事组合结构研究(E-mail:wangyuhang@cqu.edu.cn);周绪红(1956-),男,湖南南县人,教授,博士,中国工程院院士,主要从事钢结构、钢与混凝土组合结构研究(E-mail:zhouxuhong@126.com).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51778085,51890902)

STUDY ON SEISMIC PROPERTY OF STEEL COUPLING BEAM WITH RESTRAINED WEB

WANG Yu-hang1, LIU Yuan-jiu2, ZHOU Xu-hong1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China;
    2. Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China
  • Received:2018-08-24 Revised:2018-12-15 Online:2019-06-25 Published:2019-05-31

摘要: 腹板屈曲约束钢连梁通过在钢连梁腹板两侧设置约束板,保证钢连梁在往复剪切荷载作用下腹板剪切屈服后承载力能够持续强化,相比在腹板上设置加劲肋的传统方式,腹板屈曲约束钢连梁的腹板在接近钢材极限剪应变前不会发生面外屈曲,具有优越的耗能能力。通过5个腹板屈曲约束钢连梁的拟静力试验,研究了不同约束方式对钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明:所有试件均实现了剪切屈服及承载力强化,破坏模式主要为翼缘、端板焊缝断裂和约束板弯曲破坏。钢连梁的超强系数平均值为1.38,大于《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的最低要求1.1,其中采用50 mm厚的钢筋混凝土约束板和25 mm厚的木板约束板的试件的超强系数超过了1.5。通过建立有限元分析模型进行试验对比验证和参数分析,提出了约束板最小厚度的建议取值,可为实际工程设计提供参考。

关键词: 屈曲约束, 钢连梁, 剪切屈服, 抗震性能, 设计方法

Abstract: With constraint plate on both sides of steel web, bearing capacity of Buckling Constraint Steel Coupling Beam can continue to increase after the shear yielding of web under cyclic shear loading. Compared with the traditional way of setting stiffeners on the web, Buckling Constraint Steel Coupling Beam has excellent energy dissipation capacity because the buckling destruction of steel web won't take place until the ultimate shear strain is reached. Five quasi-static tests on Buckling Constraint Steel Coupling Beam were carried out to study the impact of various constraint manners on seismic behavior of this type of steel coupling beam. Test results indicate that all the test specimens undergo shear yielding and achieve the increasing of bearing capacity, followed by two types of failure modes, i. e., constraint plate bending failure and fracture at the weld connecting link flange to end plate. The average over-strength factor of all specimens reaches 1.38, higher than the value of 1.1 required by GB 50011-2010. Specimens with 50 mm thick concrete constraint plate and 25 mm thick wooden constraint plate both have an over-strength factor larger than 1.5. Based on finite element analysis, the comparison between test results and parametric analysis was conducted, and the minimum thickness of constraint plate was proposed for practical design.

Key words: buckling constraint, steel coupling beam, shear yielding, seismic behavior, design method

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[1] 史庆轩, 田建勃, 王南, 等. 钢-混凝土组合连梁研究现状及其发展[J]. 建筑结构, 2014, 44(9):1-8. Shi Qingxuan, Tian Jianbo, Wang Nan, et al. Research status and development of the steel-concrete composite coupling beam[J]. Building Structure, 2014, 44(9):1-8. (in Chinese)
[2] 马志林, 史庆轩, 王伟. 钢筋混凝土联肢剪力墙弹塑性分析[J]. 建筑科学与工程学报, 2010, 27(1):60-64. Ma Zhilin, Shi Qingxuan, Wang Wei. Elasto-plastic analysis of reinforced concrete coupled shear walls[J]. Journal of Architecture and Civil Engineering, 2010, 27(1):60-64. (in Chinese)
[3] 张云鹏, 曹万林, 张建伟, 等. 内藏钢桁架深连梁联肢剪力墙抗震性能试验研究[J]. 世界地震工程, 2010, 26(2):19-24. Zhang Yunpeng, Cao Wanlin, Zhang Jianwei, et al. Experimental study on seismic behavior of a coupled shear wall with deep coupling beam and concealed steel trusses[J]. World Earthquake Engineering, 2010, 26(2):19-24. (in Chinese)
[4] 滕军, 马伯涛, 李卫华, 等. 联肢剪力墙连梁阻尼器伪静力试验研究[J]. 建筑结构学报, 2010, 31(12):92-100. Teng Jun, Ma Botao, Li Weihua, et al. Pseudo-static test for coupling beam damper of coupled shear wall structure[J]. Journal of Building Structures, 2010, 31(12):92-100. (in Chinese)
[5] 武敏刚, 吕西林. 钢骨联肢剪力墙抗震性能试验研究[J]. 结构工程师, 2004, 20(5):52-56. Wu Mingang, Lu Cilin. Seismic behavior of steel-encased coupled shear walls subjected to cyclic loading[J]. Structural Engineers, 2004, 20(5):52-56. (in Chinese)
[6] Park R, Paulay T. Reinforced concrete structure[M]. New York:Wiley, 1975:645-655.
[7] 侯炜, 陈彬, 郭子雄, 等. 内嵌钢板混凝土组合连梁抗震性能试验研究[J]. 土木工程学报, 2017, 50(2):9-18. Hou Wei, Chen Bin, Guo Zixiong, et al. Experimental study on seismic behavior of embedded steel plate reinforced concrete coupling beams[J]. China Civil Engineering Journal, 2017, 50(2):9-18. (in Chinese)
[8] Fortney P J, Shahrooz B M, Rassati G A. Large scale testing of a Replaceable "fuse" steel coupling beam[J]. Journal of Structural Engineering, 2007, 133(7):1801-1807.
[9] Rassati G A, Fortney P J, Shahrooz B M. Design of innovative coupling Beams for use in hybrid coupling core wall systems[C]. NSF CMMI Research and Innovation Conference 2009, Honolulu, Hawaii, 2009:22-25.
[10] Chung H S, Moon B W, Lee S K, et al. Seismic performance of friction dampers using flexure of RC shear wall system[J]. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2009, 18(7):807-822.
[11] 师骁, 王彦栋, 曲哲, 等. 含摩擦阻尼器钢连梁的往复加载试验[J]. 工程力学, 2016, 33(增刊):156-160. Shi Xiao, Wang Yandong, Qu Zhe, et al. Cyclic test of steel coupling beam with friction damper[J]. Engineering Mechanics, 2016, 33(Suppl):156-160. (in Chinese)
[12] 纪晓东, 马琦峰, 王彦栋, 等. 钢连梁可更换消能梁段抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2014, 35(6):1-11. Ji Xiaodong, Ma Qifeng, Wang Yandong, et al. Cyclic tests of replaceable shear links in steel coupling beams[J]. Journal of Building Structures, 2014, 35(6):1-11. (in Chinese)
[13] 刘青, 李国强, 陆烨. 内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架的性能参量及计算方法[J]. 工程力学, 2016, 33(10):105-115. Liu Qing, Li Guoqiang, Lu Ye. Mechanical properties and calculation of steel the buckling restrained steel plate shear walls embedded steel frame[J]. Engineering Mechanics, 2016, 33(10):105-115. (in Chinese)
[14] 于金光, 王雪军, 郑春明, 等. 密肋网格防屈曲钢板剪力墙结构性能试验研究[J]. 土木工程学报, 2017, 50(10):54-61. Yu Jinguang, Wang Xuejun, Zheng Chunming, et al. Experiment study on behavior of ribbed grid buckling-restrained steel plate shear walls[J]. China Civil Engineering Journal, 2017, 50(10):54-61. (in Chinese)
[15] Wei M W, Liew J Y R, Fu X Y. Panel action of novel partially connected buckling-restrained steel plate shear walls[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2017, 128(1):483-497.
[16] Jin S, Ou J, Liew J Y R. Stability of buckling-restrained steel plate shear walls with inclined-slots:theoretical analysis and design recommendations[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2016, 117(2):13-23.
[17] Li G Q, Sun F F, Pang M D, et al. Structural shear wall systems with metal energy dissipation mechanism[J]. International Journal of High-rise Buildings, 2016, 5(3):195-203.
[1] 李达, 牟在根. 内嵌VV-SPSW平面钢框架结构抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 210-216.
[2] 杨志坚, 韩嘉明, 雷岳强, 赵海龙, 胡嘉飞. 预应力混凝土管桩与承台连接节点抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 248-254.
[3] 张浩, 连鸣, 苏明周, 程倩倩, 关彬林. 含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构静力弹塑性数值分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 78-85.
[4] 赵志鹏, 张瑞甫, 陈清军, 潘超, 王超. 基于减震比设计方法的惯容减震结构分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 125-130.
[5] 杨参天, 解琳琳, 李爱群, 陈越. 足尺空腔式RC框架柱抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 60-69.
[6] 牟犇, 王君昌, 崔瑶, 庞力艺, 松尾真太朗. 一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 164-174.
[7] 孙振宇, 张顶立, 房倩. 隧道锚固系统的协同作用及设计方法[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 53-66,75.
[8] 曾磊, 谢炜, 郑山锁, 陈熠光, 任雯婷. T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 157-165.
[9] 种迅, 张蓝方, 万金亮, 王德才, 叶献国, 解琳琳, 邵徽斌. 两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 176-183.
[10] 李腾飞, 苏明周, 隋龑, 马磊, 韩丹. 高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 100-108,124.
[11] 董金芝, 张富文, 李向民. 框架-预应力摇摆墙结构抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 167-176.
[12] 徐龙河, 武虎. 设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 177-187.
[13] 王伟, 胡书领, 邹超, 陈越时. 节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 206-213.
[14] 王景全, 王震, 高玉峰, 诸钧政. 预制桥墩体系抗震性能研究进展:新材料、新理念、新应用[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 1-23.
[15] 陈云, 蒋欢军, 刘涛, 万志威, 鲁正. 分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 53-62.
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  Discussed   
[1] 张冬娟;崔振山;李玉强;阮雪榆. 平面应变板料拉弯成形回弹理论分析[J]. 工程力学, 2007, 24(7): 0 -071 .
[2] 张伯艳;陈厚群. LDDA动接触力的迭代算法[J]. 工程力学, 2007, 24(6): 0 -006 .
[3] 李宗利;杜守来. 高渗透孔隙水压对混凝土力学性能的影响试验研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 72 -077 .
[4] 姜亚洲;任青文;吴晶;杜小凯. 基于双重非线性的混凝土坝极限承载力研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 83 -088 .
[5] 张慕宇;杨智春;王乐;丁燕. 复合材料梁结构损伤定位的无参考点互相关分析方法[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 166 -169 .
[6] 尚仁杰;郭彦林;吴转琴;张心斌;孙文波. 基于索合力线形状的车辐式结构找形方法[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 145 -152 .
[7] 郭佳民;董石麟;袁行飞. 随机缺陷模态法在弦支穹顶稳定性计算中的应用[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 178 -183 .
[8] 祝效华;王宇;童华;刘应华. 基于弹塑性力学的油气井打捞公锥造扣全过程分析和评价[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 184 -189 .
[9] 黄友钦;顾明. 风雪耦合作用下单层柱面网壳的动力稳定[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 210 -217, .
[10] 袁振伟;王海娟;岳希明;褚福磊. 密封进口涡动系数对转子系统动力学性能的影响[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 231 -236 .
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2018年11月15日