鋼板剪力墻的發(fā)展和研究現(xiàn)狀

1、鋼板剪力墻的發(fā)展與研究現(xiàn)狀姓名：葉小峰 學號：1491000071 背景與應(yīng)用1.1 鋼板剪力墻的構(gòu)成及特點鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。鋼板墻單元由內(nèi)嵌鋼板和豎向邊緣構(gòu)件（柱或豎向加勁肋）、水平邊緣構(gòu)件（梁或水平加勁肋）構(gòu)成。當鋼板沿結(jié)構(gòu)某跨自上而下連續(xù)布置時，即形成鋼板剪力墻體系。鋼板墻整體的受力特性類似于底端固接的豎向懸臂組合梁：豎向邊緣構(gòu)件相當于翼緣，內(nèi)嵌鋼板相當于腹板，而水平邊緣構(gòu)件則可近似等效為橫向加勁肋。過去三十幾年來，關(guān)于鋼板墻作為主要水平抗側(cè)力體系的試驗研究和數(shù)值分析揭示了其獨特的表現(xiàn)，包括較大的彈性初始剛度、大變形能力和良好的塑性性能、穩(wěn)

2、定的滯回特性等。鋼板墻已成為一種非常具有發(fā)展前景的高層抗側(cè)力體系，尤其適用于高烈度地震區(qū)建筑。1.2 鋼板墻的工程應(yīng)用及在地震中的表現(xiàn)到目前為止，全球采用鋼板剪力墻作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的建筑已達數(shù)十幢，主要分布于北美和日本等高烈度地震區(qū)。采用鋼板墻的建筑已經(jīng)歷過實際的地震考驗并且有著良好的表現(xiàn)。最為成功的一例是神戶的一幢35層（129.4高）的大樓，該樓于1988年建成，經(jīng)受了1995年阪神大地震。研究人員在震后的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該建筑物未出現(xiàn)任何明顯的結(jié)構(gòu)破壞，僅26層發(fā)生了加勁鋼板墻的局部屈曲；屋頂部位在正北、正西方向的側(cè)移分別只有225mm和35mm2. 鋼板墻的形式2.1 薄鋼板墻和厚鋼板墻按內(nèi)

3、嵌鋼板寬厚比的大小，鋼板墻可分為厚鋼板墻和薄鋼板墻。厚板剪力墻有較大的彈性初始面內(nèi)剛度，且在大震作用下具有良好的延性及穩(wěn)定的滯回性能。厚板剪力墻通過面內(nèi)抗剪承擔側(cè)向水平力，一般不會發(fā)生局部屈曲，即使發(fā)生屈服后屈曲也不會形成較大的拉力帶，對周邊框架梁柱的依賴程度小。厚板剪力墻采用低屈服點鋼材較適宜，抗側(cè)力設(shè)計值較大時除外。厚板墻的最大不足是耗鋼量大及成本高，其發(fā)展受到一定的限制。薄板剪力墻由于其寬厚比較大，在側(cè)向力較小時就發(fā)生局部屈曲，并隨著側(cè)向力的逐漸增大在鋼板墻對角線方向形成拉力帶；拉力帶錨固在鋼板墻周邊梁柱構(gòu)件上，對柱會形成附加彎矩。因此在設(shè)計薄鋼板墻時對其周邊構(gòu)件要適當加強，以保證鋼板墻

4、拉力帶充分發(fā)揮作用。另外，從耗能能力方面講，薄鋼板剪力墻的滯回曲線有不同程度的捏攏現(xiàn)象，不如厚鋼板墻滯回曲線飽滿。2.2 加勁和非加勁鋼板墻加勁鋼板墻的設(shè)計原理是利用不同形式的加勁肋延緩鋼板的屈曲，提高鋼板的極限承載力及延性性能。對薄鋼板墻，可以通過設(shè)置加勁肋以改善其受力性能及延性。加勁肋有多種形式，如十字或井字形布置的加勁肋、對角交叉加勁肋和門、窗洞邊加勁肋等。設(shè)置加勁肋的最大優(yōu)點是提高薄板的彈性剛度，并使其在彈塑性范圍內(nèi)具有穩(wěn)定飽滿的滯回曲線，克服薄鋼板滯回曲線的“捏攏”現(xiàn)象。2.3開豎縫鋼板墻受混凝土開縫剪力墻的啟示，日本學者提出了開豎縫鋼板墻結(jié)構(gòu)體系并已經(jīng)在一些實際工程中得到應(yīng)用。開豎

5、縫墻具有如下優(yōu)點：（1）通過調(diào)整豎縫的間距、長度等，可以方便地改變單個墻體的剛度。（2）鋼板只與梁連接，對柱不產(chǎn)生附加彎矩，符合強柱弱梁的抗震理念，塑性和滯回性能較好。國內(nèi)郭彥林及繆友武對兩側(cè)開縫的鋼板剪力墻進行了研究，并利用有限元方法對其非加勁、兩側(cè)加勁和全加勁形式的彈性屈曲性能和彈塑性屈曲性能進行了全面分析，為兩側(cè)開縫鋼板剪力墻的深入研究打下基礎(chǔ)，同時為其設(shè)計應(yīng)用提供了有益的參考。2.4低屈服點鋼板墻近年來,國內(nèi)外許多學者對鋼板剪力墻的力學性能進行了研究,大部分采用普通鋼材作為內(nèi)填鋼板,但針對以低屈服點鋼材作為內(nèi)填鋼板的低屈服點鋼板墻的研究并不多見。低屈服點鋼板剪力墻有以下幾個特點：(1)

6、對于相同大小的水平剪力,當鋼板墻采用相同的邊緣框架時,采用低屈服點鋼板墻設(shè)計的內(nèi)填鋼板厚度將大于普通鋼板墻,使低屈服點鋼板墻內(nèi)填鋼板的屈曲應(yīng)力大于普通鋼板墻,內(nèi)填鋼板更多的通過屈曲前純剪切抗側(cè);鋼板墻內(nèi)填鋼板屈曲前抗側(cè)剛度比屈曲后抗側(cè)剛度約大28.2;因此,實際工程中采用低屈服點鋼板墻將得到更大的初始抗側(cè)剛度,有利于整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)。(2)低屈服點鋼板墻的抗側(cè)性能可以通過疊加內(nèi)填鋼板和邊緣框架獲得,分析邊緣框架的抗側(cè)性能時需特別注意:無論內(nèi)填鋼板屈曲前純剪抗側(cè)或屈曲后拉力帶抗側(cè),均會對受壓側(cè)框架柱產(chǎn)生不容忽視的軸壓力,邊緣框架總塑性鉸彎矩值將減小,從而降低邊緣框架的抗剪承載力,但不會影響邊緣框架

7、的抗側(cè)剛度。(3)鋼板墻內(nèi)填鋼板屈曲后會對邊緣框架柱產(chǎn)生很大的附加彎矩和附加軸力,影響邊緣框架柱的穩(wěn)定性,邊緣框架失穩(wěn)將導(dǎo)致內(nèi)填鋼板斜拉力帶不能充分發(fā)展。研究結(jié)果顯示在單向水平荷載作用下,采用低屈服點鋼板墻相比普通鋼板墻可大大減小對邊緣框架柱的附加作用,從而降低邊緣框架柱的損壞等級,保證結(jié)構(gòu)整體的安全性。(4)低屈服點鋼板墻在循環(huán)往復(fù)荷載下的滯回環(huán)比普通鋼板墻飽滿,其極限承載力不如普通鋼板墻,但延性和耗能性能優(yōu)于普通鋼板墻。低屈服點鋼板墻的滯回環(huán)飽滿程度及耗能性能不受內(nèi)填鋼板高寬比的影響,當鋼板墻高度一定時,結(jié)構(gòu)在循環(huán)往復(fù)荷載下的極限承載力隨內(nèi)填鋼板寬度增加而增大;薄鋼板墻的延性與內(nèi)填鋼板高寬

8、比無關(guān),但厚鋼板墻延性隨高寬比的增大而有所降低。(5)中跨內(nèi)填鋼板的嵌入能較大程度的削弱地震動對框架梁的作用,但會增加對中跨柱的作用,滿足內(nèi)填鋼板邊框柱的剛度要求是保證鋼框架-鋼板剪力墻充分發(fā)揮作用的前提;采用低屈服點鋼材作為內(nèi)填鋼板的鋼框架-低屈服點鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)能較大程度的減小內(nèi)填鋼板對邊框柱的作用,降低邊框柱的剛度要求。在罕遇地震激勵作用下,相對于純框架和鋼框架-鋼板剪力墻結(jié)構(gòu),鋼框架-低屈服點鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)能夠更好的保護外框架,從而降低外框架損壞等級,保證結(jié)構(gòu)整體的安全性。3. 鋼板剪力墻的研究現(xiàn)狀在過去的30年間，對鋼板墻的研究大致可分為兩大部分：防止內(nèi)嵌鋼板屈曲（加勁或厚板）和利用鋼板屈曲后強度（非加勁或薄板）。一批美國和日本的學者曾主要致力于加勁（厚板）性能的研究：鋼板墻被設(shè)計成在極限荷載下也不發(fā)生屈曲的體系，即以鋼板的面外屈曲作為設(shè)計極限狀態(tài)。到目前為止，國內(nèi)對鋼板墻的研究有一定進展。2003年，郭彥林、陳國棟、繆友武等對非加勁板、十字加勁板和交叉加勁板剪力墻結(jié)構(gòu)在單向靜力荷載下的抗剪性能和反復(fù)荷載下的滯回性能進行了較為深入的研究，并通過對六個1:3鋼板剪力墻模型的低周反復(fù)荷載作用試驗研究，進一步揭示了鋼板墻的極限承載力、延性和滯回性能，為鋼板剪力墻規(guī)范以屈曲后強度為設(shè)計準則提供了理論和試驗依據(jù)。4. 未來的展望 近很多年來，國內(nèi)外很多學者對鋼板剪力墻的力學性