方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

由天下分享时间：2025/2/6 4:52:04 加入收藏我要投稿点赞

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究*

摘要：对1个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行低周反复荷载试验。研究方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的抗震性能，得到结构的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等，分析结构的破坏机理、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等。结果表明：方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载能力、抗侧刚度及良好的延性和耗能性能。方钢管混凝土框架可为薄钢板剪力墙屈曲后性能的充分发挥提供足够锚固，使结构形成“先钢板墙后框架”的破坏机制，实现双重抗震设防目标。与钢框架-薄钢板剪力墙相比，方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有更好的延性和抗震性能，是一种优良的双重抗侧力体系。

关键词：方钢管混凝土框架；薄钢板剪力墙；低周反复荷载试验；抗震性能

钢板剪力墙(以下简称钢板墙)结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系，其主要结构单元由内嵌钢板、竖向边缘构件(柱)及水平边缘构件(梁)构成。传统钢板墙结构使用纯钢框架内填厚钢板，经济性差而且破坏机制不理想[1]。薄钢板墙充分利用钢板墙的屈曲后强度，依靠拉力带抵抗水平荷载，具有自重轻、延性好、抗震性能优异及经济性好等优点[2]。因此，薄钢板墙受到了国内外研究者的广泛关注。

以往针对薄钢板墙的研究多集中于用H型钢作为其竖向边缘构件。Lubell对2个单层单跨非加劲钢板墙进行了试验研究，结果表明，当柱子截面较小时，可观察到明显的“沙漏”现象，柱子弯曲变形导致拉力场向

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刚度较大的梁上转移，最终钢板墙部分区域不能发挥作用[3]；

Hong-Gun Park等对5个单跨3层的框架-薄钢板墙进行了往复加载试验，研究了钢板墙高厚比和柱截面对滞回性能的影响，结果表明，薄钢板墙表现出很好的初始刚度、强度和变形能力，同时，框架柱必须具有比较厚实的截面以防止局部屈曲的发生[4]；聂建国等对3个4层1∶5比例的钢板墙试件进行了拟静力试验，研究墙板开洞对其抗震性能的影响，结果表明，钢板墙具有良好的承载力、延性和耗能性能[5-7]；李峰等对非加劲、十字加劲、开洞和开洞开缝4组钢板墙进行了拟静力试验，对比分析了不同试件的刚度、承载力、滞回性能和延性等，结果表明，各类钢板墙均具有较高的刚度、承载力和较好的耗能能力[8]。

H型钢作为竖向边缘构件易发生局部破坏，从而导致结构整体失效，影响薄钢板墙性能的充分发挥，降低了其抗侧承载力和耗能性能[9]。方钢管混凝土构件具有较高的承载力、刚度、良好的延性及建筑适用性[10]。研究表明，方钢管混凝土框架具有比钢框架更高的强度、刚度及更好的延性和滞回性能，且强度和刚度退化平缓[11-12]。因此，采用方钢管混凝土柱作为薄钢板墙的竖向边缘构件，易满足薄钢板墙对边框较高的强度和刚度需求，有效避免传统薄钢板墙竖向边缘构件易过早失效的问题，充分发挥方钢管混凝土柱与薄钢板墙的结构性能，提高结构整体的抗震性能。

为研究方钢管混凝土框架-薄钢板墙的破坏形态和抗震性能，进行了一个方钢管混凝土框架-薄钢板墙试件的拟静力试验研究。 1 试验概况

1.1 试件设计

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图1 试件几何尺寸

设计了1个1∶3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板墙试件，其几何尺寸见图1。其中，钢板墙截面为-3 mm×1 100 mm×1 100 mm，通过 -6 mm×60 mm的鱼尾板与框架采用双面交替间断角焊缝连接。梁

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柱连接采用栓焊连接节点，节点区钢管设置内隔板。钢板墙在侧向荷载作用下会产生拉力场，顶梁和底梁在单侧拉力场作用下承受较大弯矩和剪力；而中梁上下两侧拉力场相互抵消，因此，中梁尺寸相对较小。根据文献[13]确定框架尺寸，如表1所示。

表1 边缘构件截面规格

钢管底梁、顶梁中梁□200×6H300×150×10×12H200×100×10×12 1.2 材性参数

所有钢材均采用Q235B，钢材材性试验结果如表2所示。方钢管内灌C30混凝土，其立方体抗压强度实测值为33.9 MPa。

表2 钢材力学性能

板厚/mm理论值实测值屈服强度fy/MPa抗拉强度fu/MPa弹性模量E/105MPa伸长率δ