组合钢板剪力墙简化计算模型

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会组合钢板剪力墙简化计算模型8高辉孙飞飞李国强(同济大学建筑工程系上海200092)摘要：组合钢板剪力墙是在钢板剪力墙基础上提出的一种用于高层建筑钢结构的新型抗侧力构件。本文提出组合压杆模型，用于模拟有初始缺陷压杆的极值失稳现象，并与钢板墙的斜拉杆模型结合起来提出组合墙的简化模型。经参数分析井与试验结果对照表明该模型能够模拟组合墙单调加载受力性能。关键词：组合铜板剪力堵，条带模型．组合压杆，简化模型一、概述组台钢板剪力墙(下文简称组合墙)是在钢板剪力墙板基础上提出的一种用于高层建筑钢结构的新型抗侧力构件。它以普通钢板作为核心抗侧力构

2、件，通过螺栓或者栓钉等剪力连接键与钢筋混凝士板连接(参见图1)。混凝土板为钢板提供侧向约束，防止钢板过早屈曲失稳。通过两者的相互共同作用提高钢板的抗剪承载力，改善结构的抗震滞回耗能能力，同时混凝土板还可以作为钢板的防火保护。图1组合墙的基本形式以往的研究主要针对四边连接钢板墙或组合墙，即填充墙或组合墙板同时与边框梁、柱相连。根据xue和Lu(1m’的研究成果．钢板墙不与拄连接时，剪力通过粱来传递，结构受力性能优于柱连接状态。这是因为钢板与柱不连接时，柱子受剪作用小，柱不容易出现破坏。但是也应该认识到，仅仅与梁连接的钢板墙．其效率也会有相当太的削弱。然而，两边连接

3、试件在过去的10多年仅仅停留在计算分析上，国内外还没有见到有关的试验研究资料。因此，作者进行了两边连接和四边连接组合墙的低周反复荷载试验，并提出了简化计算模型。二、试验简介四边连接组合墙内填钢板都与框架梁柱连接，内填钢板强度的充分发挥，需要粱柱为其提供可靠的锚固。这将给柱子带来不利影响，而柱子做为建筑的竖向承重构件。如果发生破坏，将可能导致整个结构的倒塌。为了减小钢板对柱子产生的不利影响，文∽对两边连接组合墙并进行了试验研究，钢板只与上下框架梁连接，不与柱连接。考虑混凝土板的厚度和布置以及钢板与框架的连接等因素共设计了四个试件。内填‘基金项目：国家自然科学基金项

4、目资助(5040舳36)，启动项目5髓教育部科学技术研究重点项目(106069)，教育部留学回国人员科研工业建筑200'增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会钢板均为1800mmx900IⅡⅢ，厚度为2ⅡⅧ，钢板两侧各布置一块厚度6昕nIn，双层配筋的混凝土板。破坏时如图2所示。cw2试件混凝土板产了斜向的螺栓挤压裂纹，角部由于面外支撑的挤压产生了一定程度的破坏。两边连接试件由于不与柱连接，钢板只能锚固在梁上，相比四边连接试件而言，剪切稳定承载力要低得多，更加容易发生面外失稳。因此采用两边连接组合墙必须设计面外支撑。图中的短槽钢就是面外支撑。cw4试件混凝土板则没

5、有出现破坏。最终两个试件都是以钢板底部被彻底剪断为极限状态。对比图3和图4可以看出．cw2试件的俐板产生的残余塑性条带变形，全部分布于钢板上下端；而cw4试件的钢板产生的残余塑性条带变形。分布于钢板的四周。试验结果表明，采用了可靠的平面外支撑以后，两边连接组合墙具有较大的刚度和稳定饱满的滞同能力(参见图5丰u图6)。图2试件cw2破坏图图3试件cIl2钢板破坏图三、条带模型图4试件GM钢板破坏图图5CW2滞回曲线圈6CW4滞回曲线，(一)概述．、由于钢板墙受侧力时，钢板容易发生屈曲，从而形成单方向的斜拉带，因此’nrnl“和Kulak(1983仰根据弹性应变能理

6、论，推导出了计算斜拉带倾角口的公式。⋯工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会口=COt1+堕2A-+瞧f÷+嘉]其中，a为条带与粱的夹角，t为钢板厚度，^。为层高，￡为跨度，f，为柱子霞性矩，^为柱子截面积，A为粱截血积。Thorbum(1983)u坪0用上述倾角公式，建立了条带模型。之后，Timler和Kulal【对此加以了修正。Ddver(1998)”’应用此模型分析其试验结果，有效地验证了条带模型的正确性。条带模犁是将钢板屈曲后产生的拉力带，视为多根等问距且端部与梁柱铰接的二力杆甲元(与柱夹角介于±口之间)。并且，每根二力杆单元只能承受拉力，

7、完全不考虑压力贡献。根据ThorbIlnl的研究，每片钢板墙至少应以lo根二力杆单元来代表。各条带的面积为A。=f(Lcos口+^。sin口)，n，其中n≥lo为条带根数(参见图7)。图7条带模型示意图(=)条带模型的缺陷图8变角度条带模型条带模型忽略了钢板的残余应力、初始缺陷和边界构件的初始缺陷，将整块钢板剖分成一系列的斜向板带。进而将板带等效为只拉杆件。试验结果表明，实际结构中铡板的应力状态非常复杂。不同部位铜板的第一主应力方向不等，因此所有条带的角度均取为口不尽合理。Rezai(1999)o等提出了变角度的条带模型(如图7)，其原理就是通过不同角度布置的二

8、力杆r靼元，反映钢板不同