内藏分块钢板双肢剪力墙抗震机理与震后修复性能研究

超高层建筑越来越多，采用内藏钢板混凝土组合剪力墙核心筒已成为大型复杂超高层建筑结构抗震设计的关键技术，研发高性能钢板组合剪力墙国内外十分关注。本项目首次提出了新型构造的钢管混凝土边框内藏分块钢板双肢剪力墙，较系统进行了8个内藏分块钢板双肢剪力墙低周反复荷载试验及损伤修复后性能的低周反复荷载试验，分析了承载力、刚度及退化过程、延性、滞回特性、耗能能力、破坏特征及震后可修复性能；进行了16个不同剪跨比的内藏分块钢板双肢剪力墙模拟地震振动台试验，分析了不同强度地震波激励下剪力墙的加速度、位移时程反应、墙体损伤特征、动力特性变化过程。采用试验研究、数值模拟、设计研究相结合的方法，进行弹塑性有限元分析，阐明了损伤演化规律，揭示了体系延性屈服机制的实现条件，优化了构造和设计参数，提出了恢复力模型；提出了承载力模型和计算公式；解决了墙肢内藏分块钢板与连梁内藏钢板的优化布位、软钢板耗能、墙肢-连梁体系延性屈服机制等关键问题，提出了内藏分块钢板双肢剪力墙抗震设计方法，以及钢管混凝土边框内藏分块钢板剪力墙的震后修复方法，给出了抗震构造措施。研究表明：与普通钢管混凝土边框双肢剪力墙相比，钢管混凝土边框内藏分块钢板双肢剪力墙承载力平均提高了113%，极限荷载对应位移平均提高了79%，耗能能力平均提高了98%，综合抗震性能良好；与内藏整块钢板双肢剪力墙相比，内藏分块钢板双肢剪力墙的承载力略小，但延性好、省钢材、易施工；钢管混凝土边框内藏分块钢板双肢剪力墙，有效延迟了剪力墙斜裂缝的出现并制约了其发展，具有良好的震后可修复性，采用贴焊钢板的快速修复技术，修复后试件承载力平均可恢复至原结构的91%，修复后剪力墙仍具有延性屈服机制。本成果发展了钢-混凝土组合双肢剪力墙的抗震设计理论与技术，为大型复杂超高层建筑抗震设计提供了新的抗震措施和设计方法，具有重要的科学意义和工程价值。 2100433B

提出了内藏分块钢板双肢剪力墙，它由钢管混凝土柱-墙肢内藏分块钢板-连梁内藏钢板形成的核心钢构与混凝土墙体组合而成。针对其抗震与震后修复关键问题：研发内藏分块钢板双肢剪力墙合理构造，进行不同构造试件的第一阶段低周反复荷载试验，加载至试件明显屈服，研究抗震性能；研发试件钢管混凝土柱间贴焊薄钢板等震后修复技术，对第一阶段试验损伤试件修复，进行第二阶段低周反复荷载试验，对比分析修复前后试件抗震性能；进行墙片模型的模拟地震振动台试验，研究内藏分块钢板双肢剪力墙动力性能；采用试验研究、数值模拟、设计研究相结合的方法，分别建立试件修复前后各部件单元及部件间界面单元的受力-变形模型，进行弹塑性有限元分析，优化设计参数，研究承载力、刚度、延性、滞回特性、耗能、屈服机制及破坏特征，阐明累积损伤演化过程，揭示屈服机制和抗震机理，提出承载力模型和恢复力模型，给出抗震设计方法与构造措施，为工程应用奠定基础。

提出并研发了“钢管混凝土边框－钢板－混凝土组合剪力墙”，获得国家发明专利。将高层组合结构钢管混凝土柱抗压能力强、高层钢结构钢板剪力墙延性好、高层混凝土结构剪力墙承载力和刚度大的优势组合，实现了钢管混凝土柱、钢板剪力墙和混凝土剪力墙三种不同抗侧力体系组合以及型钢与混凝土两种不同特性材料组合的联合应用，充分发挥了不同抗侧力体系和不同材料的优势，形成了一种“钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙”。较系统地进行了不同设计参数的“钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙”和“钢管混凝土边框钢板剪力墙”模型的低周反复荷载试验及模拟地震振动台试验，进行了不同构造的钢板在混凝土剪力墙共同工作性能试验。研究了该新型组合剪力墙的损伤过程和破坏机制，揭示了抗震机理，建立了抗震分析的力学模型和理论公式，给出了抗震设计方法并已应用于工程。试验及分析表明，钢管混凝土边框－钢板－混凝土组合剪力墙的抗震能力比普通混凝土剪力墙显著提高；工程应用表明，这种新型多重组合剪力墙施工方便，性价比较好，应用前景广阔。 2100433B

在获得钢管混凝土边框－钢桁架－混凝土组合剪力墙国家专利基础上，提出了钢管混凝土边框－钢板－混凝土组合剪力墙并已申报国家专利。将高层组合结构钢管混凝土柱抗压能力强、高层钢结构钢板剪力墙延性好、高层混凝土结构剪力墙承载力和刚度大的优势组合，实现了钢管混凝土柱、钢板剪力墙和混凝土剪力墙三种不同抗侧力体系组合以及型钢与混凝土两种不同特性材料组合的联合应用，充分发挥了不同抗侧力体系和不同材料的优势，形成了一种钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙。本项目将较系统地进行不同设计参数的钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙模型的低周反复荷载试验及典型结构模型的模拟地震振动台试验，研究其抗震性能，分析其损伤过程和破坏机制，揭示其抗震机理，建立其抗震分析的力学模型和理论公式，给出其抗震设计方法，为工程应用奠定基础。