高轴压比带约束拉杆双层钢板－内填混凝土组合剪力墙抗震性能研究

本申请书提出带约束拉杆双层钢板-内填混凝土组合剪力墙，应用多轴强度理论推导高轴压比下该类构件的抗弯和抗剪承载力理论计算公式，重点研究多轴受力状态下混凝土受剪本构关系，推导出剪应力-剪切应变关系曲线。轴压比较高时核心混凝土处于三轴受压状态，抗剪强度明显提高。应用板理论对钢板进行屈曲分析，确定约束拉杆间距，保证钢板发生局部屈曲前已屈服。采用纤维模型，引入多轴受力下混凝土受剪本构模型，自行编制程序，进行计算机仿真计算。基于现有有限元软件进行二次开发，选取多种材料模型进行有限元计算分析，更为精确地模拟构件的变形特性和受力性能，综合评价其抗震性能。针对带约束拉杆钢板混凝土组合剪力墙，进行高轴压比下水平方向低周反复加载试验，进行试验研究。结合试验研究和有限元计算结果对提出的理论计算公式进行修正和完善。最后给出带约束拉杆钢板混凝土组合剪力墙构件的设计计算方法，以便在高层及超高层建筑中应用。

随着建筑物高度的增加和使用功能的提高，双钢板混凝土组合剪力墙因其受力性能良好、便于施工、节省建筑空间等优势，在超高层结构和核电工程领域具有良好的应用前景。为了研究带约束拉杆的双层钢板-内填混凝土组合剪力墙的抗震性能，从试验研究、有限元模拟、理论分析三个主要方面对采用约束拉杆连接方式的新型组合剪力墙开展研究。首先，对16个不同参数的带约束拉杆的双钢板—混凝土组合剪力墙试件进行了滞回加载试验，得到该形式组合剪力墙的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化曲线以及累计耗能曲线等，分析该形式组合剪力墙的抗震性能及影响其抗震性能主要因素。其次，基于多种有限元软件，对带约束拉杆的钢板混凝土剪力墙结构进行非线性全过程模拟及参数分析，并对钢板与混凝土之间的粘结滑移性能进行了相关研究。再次，通过理论分析，推导出多轴受力状态下混凝土剪应力－应变关系曲线，得到组合剪力墙水平承载力和变形实用计算公式，提出墙顶水平力(V)-水平位移(Δ)关系曲线的计算方法，给出了防止钢板发生局部屈曲的拉杆最大纵向间距的计算公式，并分析得出其滞回加载恢复力模型，将其应用于整体结构的弹塑性时程分析。研究结果表明，带约束拉杆连接的双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能优良，组合剪力墙在往复荷载工况下延性较好；高宽比、轴压比以及约束拉杆间距对剪力墙的抗震性能影响显著，随着高宽比的增大，组合剪力的初始刚度以及屈服荷载和峰值荷载减小显著，其后期刚度退化和耗能能力降低；轴压比对组合剪力墙抗震性能的影响主要表现在后期刚度的退化程度；约束拉杆间距的减小可以提高组合剪力墙的承载力，减弱后期的刚度退化程度，增大其耗能能力；推导出的带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙水平承载力和变形的计算公式、滞回加载恢复力模型等，计算值与试验值对比吻合较好。通过较为系统的研究，对带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能有了较为深入的了解，为其工程应用提供了一定的支撑，一些重要研究成果具有工程应用价值，为新型剪力墙结构的设计和研究提供参考。