雙鋼板混凝土組合剪力墻發展及其承載力研究現狀

安東

青島理工大學 土木工程學院 山東 青島 266011

1.概述

雙鋼板混凝土組合剪力墻是由兩側鋼板、核心混凝土以及機械連接器（栓釘、約束拉桿等）組成。它將剪力連接桿連接于兩塊鋼板之間，待兩側鋼板墻安裝就位之后，再將混凝土內填于雙層鋼板之間，并通過栓釘將鍘板與混凝土進行緊密耦合，形成抗剪強度極高的組合鋼板剪力墻結構體系。具有高強度、高剛度、較高延性、抗沖擊性能良好、和施工高效等良好性能，已較廣泛應用于高層（超高層）建筑、核電站建筑、防爆和防撞結構、道路和橋梁甲板等結構中。

2.雙鋼板混凝土組合剪力墻近年發展

雙鋼板混凝土組合剪力墻最早由 Corus 公司提出，通過高速摩擦接觸焊將剪力連接桿焊接于兩塊鋼板之間，內灌混凝土。內灌混凝土可防止鋼板內凹屈曲，連接桿可推遲鋼板外凸屈曲，同時混凝土受約束，其性能提高，可同時改善兩種材料的性能，使構件具備很高的抗剪承載力及良好延性。近年來，Jia-Bao Yan 等通過實驗和數值分析的方法研究了采用栓釘或貫通連接器（through connector）的雙鋼板混凝土組合剪力墻在荷載直接施加在混凝土上時的軸壓荷載- 位移行為。結果表明鋼板對混凝土的約束作用增加了組合墻體的極限承載力和延性，且栓釘的高度，鋼板的厚度和連接器的類型是影響這種約束作用的關鍵參數。上海江歡成建筑設計有限公司設計的江蘇鹽城電視塔，將雙鋼板-混凝土組合墻體應用在高柔的電視塔主體結構中，解決常規結構抗震設計會碰到的一系列問題如剛度、裂縫及延性問題，提供了實踐經驗。

3.雙鋼板混凝土組合剪力墻軸壓承載力公式研究

本節主要介紹并對比了歐洲規范Eurocode 4， 美國規范AISC360-10和其他文獻中的組合結構的截面軸壓承載力的計算方法。

在歐洲規范Eurocode 4中， 組合結構的截面軸壓承載力按下式計算：

在美國規范AISC 360-10中，組合結構的截面軸壓承載力按下式計算：

式中，K=為有效長度系數；L=為構件側向無支撐長度。

雖然上述兩種規范方法忽略了外鋼板對混凝土的約束作用，但它們仍然過高的預測了雙鋼板組合墻體的抗壓承載力。這是因為上述兩種規范主要是針對組合柱設計，忽略了雙鋼板混凝土組合剪力墻中鋼板的過早屈曲和混凝土性能的不充分發揮。

我國蔡健等人提出了帶約束拉桿的內填混凝土方鋼管柱軸壓計算公式：

東南大學的韋芳芳等人通過試驗研究和數值分析提出了和雙鋼板混凝土組合剪力墻的軸壓計算公式：

公式（3-4）顯著低估了帶約束拉桿的阻尼夾層雙鋼板混凝土組合剪力墻的抗壓性能。這是因為內填混凝土的方鋼管柱的寬厚比一般小于2，其四周的鋼板不容易發生屈曲；而組合墻體的寬厚比一般大于4.5，外側鋼板極易發生過早屈曲。在公式（3-4）中，與截面特性相關的唯一參數R，僅與墻體的寬度和鋼板的厚度相關，并未考慮結構寬厚比的影響，也未能考慮組合墻體中設置的約束拉桿對鋼板屈曲的推遲作用，進而導致計算的軸壓承載力偏低。而公式（3-5）通過分析鋼板初始缺陷、鋼板屈曲強度和約束拉桿間距等因素，較好的預測了雙鋼板混凝土組合剪力墻的抗壓性能。

4.結語

雙鋼板混凝土組合剪力墻力學性能好，施工高效，契合我國基礎建設迅猛發展的趨勢，前景廣闊。目前國內外相關研究仍在不斷深入，相關的規范編寫還不夠徹底。東南大學的韋芳芳等人提出的公式與試驗吻合程度高，可以進一步于工程中推廣。