剪力墙研究论文：剪力墙性能实验探究
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本文作者：聂建国1朱力1樊健生1范重2刘学林2作者单位：1清华大学2中国建筑设计研究院
试验现象
各试件试验过程和现象分别见表2、表3和表4，由表可知，尽管通过加劲肋对开洞部位进行补强，但是洞口角部仍然容易出现断裂，但对试件整体抗震性能影响不显著;中柱的设置明显限制钢板屈曲条带的发展，能有效提高试件的整体稳定承载力。各试件整体破坏形态见图6。
试验结果及分析
1荷载-位移滞回曲线
试件水平荷载-顶点位移(P-Δ)滞回曲线如图8所示，水平荷载-顶点位移(P-Δ)骨架曲线如图9所示。由图8和图9可知:1)各试件的滞回曲线均比较饱满，表现出良好的延性和耗能能力。2)试件SPSW-1在加载后期东侧柱受压屈曲，导致负向加载时荷载下降较明显;试件SPSW-3在加载后期西侧柱跟和墙跟与底板的焊缝连接处开裂，从而释放部分能量，导致荷载出现了一定程度的下降。但在实际工程中不会发生这些情况，因此可以确定该类钢板剪力墙结构在达到极限状态时，承载力、耗能和延性等抗震性能可以保持在很高的水平。3)试件SPSW-1的刚度和承载力明显低于试件SPSW-2，说明开洞会削弱结构的刚度和承载力。4)试件SPSW-3的刚度和承载力明显高于试件SPSW-1，与试件SPSW-2的刚度和承载力相当，说明设置中柱提高了试件的刚度和承载力;试件SPSW-3荷载-位移滞回曲线较饱满，说明中柱有效抑制了屈曲拉力带的扩展，抑制了钢板屈曲后的平面外变形，提高了试件的耗能能力。5)在弹性工作阶段时，试件的平面外变形不明显，说明布置在墙板和洞口周围的加劲肋显著提高了结构的稳定承载力，洞口周围布置加劲肋具有很好的开洞补强效应。
2剪力-剪切变形滞回曲线
根据文献［12-13］的研究结果，钢板剪力墙结构的侧向荷载主要由腹板承担，因而近似认为墙板承担了全部水平剪力。对于试件SPSW-3，因墙板开洞降低了墙板的抗剪刚度，但洞口周围布置加劲肋起到了良好的补强效应，可近似认为开洞墙板与不开洞墙板承担相同的剪力。墙板的剪切变形可根据文献［14］计算得到，由于墙板受到的水平剪力沿高度方向不变，近似等于加载端荷载，墙板剪切变形的发展只与其承担的水平剪力有关，因而剪切变形沿墙板高度方向变化很小。图10给出了各试件第3层墙板的剪力-剪切变形滞回曲线。由图10可知:1)试件SPSW-1的抗剪刚度明显小于试件SPSW-2的抗剪刚度，说明开洞会显著影响墙板的抗剪刚度。2)正向加载时，试件SPSW-1第3层墙板的剪切变形不断发展，远大于负向加载时的剪切变形，其原因是洞口周围布置了加劲肋，在其附近区域的墙板刚度较其余位置的墙板刚度显著增强，正向加载时远离洞口区域的墙板受压屈曲，墙板的抗剪刚度减弱，有利于剪切变形的发展;负向加载时洞口区域墙板受压、远离洞口区域的墙板受拉，由于加劲肋的补强效应，洞口区域的墙板刚度较大，不易受压屈曲，负向加载时墙板的受力性能优于正向加载时的受力性能，因此墙板的剪切变形会在正向加载时不断发展。3)试件SPSW-2的墙板不开洞，由于几何对称性，第3层墙板剪切变形的发展在正负向加载时基本对称。4)试件SPSW-3第3层开洞墙板的剪切变形大于不开洞墙板的剪切变形，说明洞口加劲肋的补强效应尚不能完全弥补开洞对墙板抗剪刚度的削弱影响。
3特征荷载和位移
文献［14］给出了确定试件特征荷载和位移的方法，如图11所示。根据文献［14］并结合试件的水平荷载-顶点位移骨架曲线，表5给出了3个钢板剪力墙试件的特征荷载和位移。位移延性系数μ为极限位移Δu和屈服位移Δy之比，其中极限位移Δu取为荷载降至85%Pm(Pm为极限荷载)对应的位移。由表可知，每个试件正负向加载的极限荷载基本相等，试件SPSW-1的极限荷载明显小于试件SPSW-2、SPSW-3。各试件的位移延性系数都在2.0以上，延性较好。需要说明的是，试件底板焊缝受拉开裂影响了试件延性的发挥，但实际工程中不会有这种情况发生，可保证钢板剪力墙结构具有良好的延性和抗震性能。
4承载力退化
图12为试件承载力退化情况，由图可知:在正向加载过程中，3个试件的承载力退化曲线波动较小，都在0.9以上;负向加载时，试件SPSW-1的钢管混凝土柱受压屈曲、试件SPSW-3的柱脚焊缝受拉开裂，试件的承载力会显著降低，因此负向加载后期，试件SPSW-1、SPSW-3的承载力退化系数明显减小。
5刚度退化
在位移幅值不变的条件下，结构或构件的刚度随反复加载次数的增加而降低的特性称为刚度退化，可取同级变形下的环线刚度K1表示。环线刚度的定义见文献［15］。试件的刚度退化情况如图13所示，由图可知，试件SPSW-2和SPSW-3比SPSW-1具有更高的刚度，并且各试件在整个加载过程中刚度退化持续、均匀、稳定。
6耗能能力
试件的耗能能力通常以荷载-位移滞回曲线所包围的面积来衡量。图14a为试件的耗能E-循环次数n曲线，图14b为试件的累积耗能ΣE-循环次数n曲线。采用等效黏滞阻尼系数he表征试件的耗能特性，等效黏滞阻尼系数he的计算参见文献［14］。试件的等效黏滞阻尼系数-循环次数曲线如图14c所示。由图14c可知，随着循环数的增加，试件的耗能能力均有持续明显的提高，但在加载后期由于焊缝开裂，试件SPSW-3的耗能能力逐渐下降。
