X形钢板剪力墙受力性能分析
吴笑，李启才*，张萍，许开礼
【摘 要】摘要：提出一种适用于自复位结构的新型X形钢板剪力墙，给出X形钢板剪力墙简化受力模型，推导了初始抗侧刚度、屈曲后刚度和极限承载力，并通过数值分析验证了公式的有效性。以跨高比和高厚比为主要参数,对不同参数的模型进行了有限元模拟，结果表明:与两边连接钢板剪力墙相比，X形钢板剪力墙腰部削弱对刚度和承载力影响不大，但滞回曲线更加捏缩；墙板腰部削弱并未影响拉力带倾斜角；当参数跨高比，板厚分别增大时，初始弹性刚度、屈曲后刚度、承载力、等效粘滞阻尼比均有不同程度增大；X形钢板剪力墙能够为自复位结构提供稳定耗能；X形钢板剪力墙破坏模式主要为拉力带受拉破坏。
【期刊名称】广西大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2024(044)001 【总页数】14
【关键词】钢板剪力墙；理论分析；有限元分析；受力性能；破坏模式 修订日期：2024-01-08
基金项目：国家自然科学基金项目(51378326);江苏省结构工程重点实验室基金项目(ZD1204)
引文格式：吴笑，李启才，张萍,等.X形钢板剪力墙受力性能分析[J].广西大学学报(自然科学版)，2024，44(1)：85-98.
0 引言
传统结构在地震后残余变形过大，导致震后修复费用昂贵，或者无法修复。自
复位结构(self-centering structure)作为一种新型的抗震结构，采用贯穿于梁的预应力钢绞线与柱连接，并辅助以耗能元件，从而实现地震时，耗能原件先于主体构件耗能，延缓结构主体损失进程，同时由于节点脱开，结构变柔，自振周期变长，从而减小基地剪力；地震后由预应力钢绞线提供恢复力，结构自动复位，减少了残余变形；最后通过更换耗能元件，实现震后可修。两边连接钢板剪力作为一种抗侧力构件，具有延性好，质量轻，耗能稳定且承载力高等优点，可以运用于自复位结构中[1]。
Clatyon[2,3]首先提出了薄钢板剪力墙自复位结构体系，并进行了试验研究。结果表明：1)利用薄钢板剪力墙其受水平荷载时的捏缩特征，能够实现结构的完全复位，大部分试件的残余位移角均在0.2 %以内。2)墙板越薄，复位效果越好。3)当墙板厚度一致时，两边连接墙板复位效果优于四边连接墙板，且更易震后更换。4)由于墙板采用了两边连接，拉力带未对柱产生附加弯矩，避免了结构主体先于耗能原件进入塑性的不利情况。5)自复位结构试验的滞回曲线可以近似看成自复位空框架与钢板剪力墙滞回曲线的叠加，在研究自复位耗能器时，通过耗能元件的滞回曲线可判断是否满足复位要求。Dowden[4]研究了在梁下翼缘开斜口，避免框架扩展现象的自复位节点，并考虑到应力集中对自复位节点的不利影响，提出在自复位结构中的钢板剪力墙应该在节点处开口，从而避免了自复位节点进入塑性。徐基磊等[5-12]提出采用角钢作为自复位结构中的耗能元件，结果表明，相比刚节点框架，震后残余位移角大幅度下降，复位效果良好，但由于耗能元件不提供刚度，结构整体刚度偏低，若采用增大构件截面的方法，则造价昂贵。
根据上述研究：自复位结构能够有效减少基底剪力，完全或大幅度减小震后结
构残余变形；在自复位结构中，采用不提供额外抗侧刚度的耗能原件均有良好的复位效果，但结构整体刚度偏低，造价偏高；采用钢板剪力墙作为自复位结构中的耗能元件，在耗能的同时，能够提供额外抗侧刚度，减少自复位结构截面尺寸，但由于墙板的存在，为了使结构完全复位，需要增大钢绞线中的预应力，从而导致地震时，张拉节点过早进入塑性，不利于震后修复；此外，现有的钢板剪力墙自复位试验中，钢板剪力墙高厚比均在1000以上，当受循环荷载时，由于呼吸作用，墙板连续发出响声，容易引起业主恐慌，实际工程中难以运用。若采用厚板，其初始刚度大，耗能效果良好，但要实现复位效果则需要进一步加大预应力，梁的尺寸也要相应放大，造价不菲。根据以上结论，理想的自复位耗能元件要满足以下4点要求：①能够提供一定抗侧刚度。②耗能元件的滞回曲线捏缩，呈现剪切滑移特征。③稳定的耗能能力。④能够稳定提供承载力，且具有良好延性。
钢板剪力墙能够满足以上四点要求，相比于四边连接板，两边连接钢板剪力墙对拉力带约束较少，卸载时易提前发生失稳，从而在自复位结构中仅需要很小的预应力就能实现结构复位，因此可以采取减少拉力带约束的方法，在不降低承载力的同时，使钢板剪力墙更易卸载时失稳，从而适用于自复位结构。为此，本文提出削弱墙板腰部的X形钢板剪力墙，给出了墙板简化受力模型，分析了屈曲后墙板刚度突变原因，推导了墙板弹性刚度和承载力公式，考虑了不同跨高比和高厚比对墙板受力性能的影响规律，结合模拟给出了简化公式和破坏模式，并对比了矩形板和X板受压区对滞回曲线的具体贡献。
1 X形钢板剪力墙
X形钢板剪力墙模型如图1所示，由两边连接矩形板削弱腰部三角形区域而成，
X形钢板剪力墙受力性能分析
