外包鋼板-混凝土組合剪力牆受力性能研究

《外包鋼板-混凝土組合剪力牆受力性能研究》是依託清華大學，由聶建國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：外包鋼板-混凝土組合剪力牆受力性能研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：聶建國
• 項目類別：面上項目

項目摘要

隨著超高層建築的發展，對承載能力高、耗能能力強，並且施工方便、構造簡單的新型高性能剪力牆結構提出了更大的需求。組合剪力牆相對於鋼板剪力牆或鋼筋混凝土剪力牆，在承載力、剛度、延性等方面均具有很多優勢。組合剪力牆有多種構造形式，其中外包鋼板-混凝土組合剪力牆，通過一定的連線構造措施將外側鋼板與內部混凝土組合成整體共同工作，僅在內部設定必要的構造鋼筋或不設鋼筋。相對於鋼板內置的組合剪力牆，外包鋼板對內部混凝土具有一定約束作用，便於採用更高強度的混凝土；利用外包鋼板作為模板，施工更加方便快速；避免混凝土裂縫外露，可拓展結構正常使用狀態的工作範圍，有利於發揮結構的承載潛力。針對目前外包鋼板-混凝土組合剪力牆研究薄弱但有很強套用需求的現狀，本項目計畫通過一組大比例模型試驗並結合數值計算及理論分析，掌握這種結構的基本受力機理，發展簡化的非線性分析模型，並提出相應的設計方法。

結題摘要

剪力牆或由剪力牆組成的筒體是高層建築主要的抗側力構件，組合結構在剪力牆中的套用越來越多。外包鋼板-混凝土組合剪力牆是一種新型的抗側牆體，其受力性能及設計方法尚不明確。本項目通過試驗研究、數值計算和理論分析，研究外包鋼板-混凝土組合剪力牆的受力性能，提出了設計公式和建議。完成的主要工作和取得的成果包括：（1）進行了10個外包鋼板-混凝土組合剪力牆和1個普通鋼筋混凝土剪力牆試件的低周往復載入試驗，研究了剪跨比、軸壓比、連線件形式及距厚比等參數對組合剪力牆抗震性能的影響規律，分析了剪力牆的承載力、剛度、延性、耗能能力和破壞模式等。試驗結果表明，鋼板與鋼筋混凝土牆體共同工作良好，滯回曲線飽滿，變形能力強，剛度和強度退化穩定，抗震性能好。（2）建立了組合剪力牆精細有限元分析模型。該模型考慮了材料、幾何、接觸非線性以及鋼材焊接殘餘應力和幾何初始缺陷等因素的影響，對外包鋼板-混凝土組合剪力牆的受力過程、變形性能等進行了數值模擬，與試驗結果符合良好。在此基礎上分析了組合剪力牆的工作機理，並對主要參數進行了分析。（3）分析了組合剪力牆的受彎性能。採用數值計算方法研究了組合剪力牆的彎矩-曲率全過程關係曲線，並通過理論分析推導了組合剪力牆的屈服荷載、屈服曲率、極限荷載、極限曲率，提出了組合剪力牆正截面受壓承載力計算公式。（4）分析了組合剪力牆的受剪性能。提出了鋼板抗剪強度折減係數，研究了鋼板對混凝土牆板受剪承載力的影響，提出了組合剪力牆受剪承載力計算公式。（5）提出了組合剪力牆荷載-位移退化四折線恢復力模型，能較好地模擬組合剪力牆的滯回性能，具有較高的計算精度，可為結構體系中組合剪力牆的抗震分析提供參考。（6）在試驗研究、數值計算和理論分析的基礎上，提出了外包鋼板-混凝土組合剪力牆的設計方法。主要包括組合剪力牆一般設計規定、抗彎剛度計算、變形驗算、軸壓比限值、極限承載力、連線件設計以及構造措施等。設計方法與現行規範緊密結合，可為該類剪力牆的設計提供參考，方便工程師使用。