波形钢板剪力墙及组合墙抗震性能试验研究

摘要

剪力墙和核心筒是高层和超高层建筑结构中抵抗水平地震作用和风荷载的重要抗侧力构件，但地震中剪力墙和核心筒因刚度大而承担了大部分的地震作用，所以破坏特别严重。为了保证这类复杂结构良好的抗震性能，尤其是结构底部加强区域往往需要设计厚重的钢筋混凝土剪力墙甚至钢板混凝土组合剪力墙。相对平钢板而言，波形钢板具有较大的平面外刚度，为充分发挥钢与混凝土两种材料的优势，本文提出波形钢板剪力墙和波形钢板混凝土组合剪力墙，并对其抗震性能进行往复荷载作用下的拟静力试验研究。 波形钢板剪力墙由周边钢框架和内嵌波形钢板组成。钢框架一般由型钢组成，内置波形钢板是由平钢板按一定间隔和角度弯折而成，按波浪方向分为竖向和水平两种放置方式。波形钢板混凝土组合剪力墙是将上述波形钢板剪力墙嵌入混凝土中，通过一定的构造措施，如设置抗剪栓钉、拉结筋、分布钢筋等保证钢材与混凝土的有效粘结锚固，使二者共同承载变形耗能，充分发挥二者的组合作用。 本文以实际工程为背景设计了6个1:2的缩尺模型，其中包括平钢板剪力墙、竖向波形钢板剪力墙和水平波形钢板剪力墙，并将其嵌入混凝土中形成相应的钢板混凝土组合剪力墙。通过往复荷载作用下的拟静力试验，研究了钢板不同布置方式和外包混凝土对钢板剪力墙及相应的钢板混凝土组合剪力墙抗侧力性能的影响，对各试件的试验现象、承载力、延性、强度刚度和耗能能力等方面进行了对比分析。 通过试验研究发现，钢板剪力墙的破坏形式一般是由于外围框架的失稳导致的，将其包入混凝土中，在混凝土的约束作用下，组合剪力墙的承载力、刚度、延性和耗能能力均有数倍的提升。组合剪力墙试件的最终破坏是由于墙角部混凝土压溃H型钢翼缘外露压屈导致的，因此，设计有效的约束边缘构件是必要的。 对水平和竖向波形钢板剪力墙试件进行了有限元数值模拟，通过与试验的破坏特征和滞回曲线对比验证了有限元模型的有效性，并对采用方钢管作为边缘柱的波形钢板剪力墙进行数了数值模拟分析，对比分析水平和竖向波形钢板剪力墙的抗震性能。通过试验破坏现象和数值模拟分析结果，对波形钢板剪力墙的设计和应用提出了相关建议。

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