范 重，李媛媛,，李 瑋,3，田玉基

(1. 中國建筑設(shè)計研究院有限公司，北京100044；2. 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044；3. 北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

鋼板剪力墻是高層鋼結(jié)構(gòu)中一種較為新穎的抗側(cè)力構(gòu)件。由于鋼板剪力墻對材料與工藝無特殊要求，設(shè)計、施工難度不大，而且抗側(cè)剛度較大，結(jié)構(gòu)自重輕，耗能性能優(yōu)越，近年來在工程中得到越來越多的應(yīng)用[1—3]。Timler等[4]通過對多層鋼板剪力墻進(jìn)行振動臺試驗，對結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了深入研究，Elgaaly等[5]對鋼板剪力墻屈曲后的性能進(jìn)行理論研究。王迎春、郝際平等[6]等通過對比鋼板厚度對力學(xué)性能的差異，提出了鋼板剪力墻屈服位移與邊框剛度的計算方法。Hitaka等[7]為了解決鋼板剪力墻屈曲承載力較低、屈曲時發(fā)出很大噪聲的問題，研究了通過合理設(shè)置豎縫改善其延性與耗能能力。范重等[8]對帶豎向加勁肋鋼板剪力墻的設(shè)計方法與施工模擬技術(shù)進(jìn)行了探討，并對帶門洞鋼板剪力墻的抗震性能進(jìn)行研究[9]。

為了解決鋼板剪力墻存在的初始變形難以控制、屈曲承載力較低、發(fā)生屈曲變形時響聲大、防火與隔音性能較差等問題，通過在鋼板兩側(cè)設(shè)置預(yù)制混凝土蓋板，對鋼板的面外屈曲變形進(jìn)行約束，并進(jìn)一步提升構(gòu)件的耗能能力。郭彥林等[10—12]通過試驗研究與有限元分析，對屈曲約束鋼板剪力墻在往復(fù)荷載作用下的屈曲性能、混凝土蓋板約束剛度以及連接螺栓的間距進(jìn)行研究，提出了屈曲約束鋼板墻抗剪極限承載力以及彈性抗側(cè)剛度的計算公式。Jin等[13]研究了帶有傾斜槽的屈曲約束鋼板剪力墻的抗震性能，并提出了相應(yīng)的設(shè)計方法。傅學(xué)怡等[14]進(jìn)行了防屈曲鋼板剪力墻屈曲臨界承載力、螺栓間距與混凝土蓋板厚度等相關(guān)研究，考慮了混凝土蓋板對抗彎的貢獻(xiàn)。Wei等[15]采用等效交叉支撐模型模擬屈曲約束鋼板剪力墻的滯回性能，可以考慮等效支撐高階屈曲模態(tài)的影響。為了解決屈曲約束鋼板墻混凝土蓋板自重大、安裝難度大等缺點，范重等[16]采用豎向分塊蓋板代替整塊蓋板，并對分塊蓋板屈曲約束鋼板墻在水平往復(fù)荷載作用下的滯回性能、鋼板損傷情況進(jìn)行了研究。

在實際工程中，屈曲約束鋼板剪力墻的邊框梁通?？梢圆捎肏型鋼構(gòu)件，邊框柱可采用鋼管柱或鋼管混凝土柱。迄今，為了準(zhǔn)確考察內(nèi)嵌鋼板自身的受力性能，避免邊框梁與邊框柱對計算結(jié)果的影響，在建立屈曲約束鋼板剪力墻的有限元模型時，通常假定邊框梁與邊框柱面內(nèi)、面外剛度均為無窮大，剛性桿之間理想鉸接剛性，形成幾何可變的平行四邊形。剛性邊框為內(nèi)嵌鋼板提供理想的邊界條件，可以有效避免邊框梁與邊框柱相對剛度、彈性變形以及塑性耗能對鋼板的干擾，但與實際情況存在明顯差異[12—16]。

邊框柱與邊框梁作為鋼板剪力墻的邊緣構(gòu)件，為了防止邊緣構(gòu)件在鋼板拉力場作用下發(fā)生“內(nèi)拉”現(xiàn)象，美國標(biāo)準(zhǔn) AISC341-05[17]和我國現(xiàn)行《鋼板剪力墻技術(shù)規(guī)程》JGJ/T380-2015[2]均對普通鋼板剪力墻邊框柱與邊框梁的抗彎剛度限值做出規(guī)定，避免邊緣構(gòu)件發(fā)生顯著變形。但是，對于屈曲約束鋼板剪力墻，尚未對邊框柱與邊框梁的剛度做出明確規(guī)定。

為了考察邊框剛度對屈曲約束鋼板剪力墻抗震性能的影響，本文選取帶邊框普通鋼板剪力墻和屈曲約束鋼板剪力墻作為研究對象，將邊框柱與邊框梁的截面尺寸和混凝土蓋板數(shù)量作為變化參數(shù)。采用 ABAQUS非線性有限元分析軟件，計算在往復(fù)荷載作用下，邊框剛度對構(gòu)件滯回與骨架曲線、等效粘滯阻尼系數(shù)、邊框柱和邊框梁的變形與受力特性、內(nèi)嵌鋼板的變形與損傷、混凝土蓋板的變形與應(yīng)力等的影響。

1 屈曲約束鋼板剪力墻構(gòu)造

1.1 計算模型

分塊蓋板屈曲約束鋼板剪力墻由內(nèi)嵌鋼板、混凝土蓋板和拉結(jié)螺栓、邊框柱和邊框梁組成，如圖1所示，邊框柱與邊框梁可均采用H型鋼構(gòu)件。

本文算例層高 4.0 m，帶邊框鋼板剪力墻總寬度為8.0 m，邊框柱截面為H700×400×25×35，邊框梁為 H700×400×20×30，材質(zhì)均為 Q345。內(nèi)嵌鋼板平面尺寸為3300×6600，板厚為11 mm，相應(yīng)的高厚比(λ=H/t)為 300，鋼板采用 Q235。

為了深入研究帶邊框屈曲約束鋼板墻的抗震性能，分別建立帶邊框普通鋼板剪力墻BRSPSW-0(無蓋板)、單塊蓋板屈曲約束鋼板剪力墻BRSPSW-1和BRSPSW-4塊蓋板屈曲約束鋼板剪力墻BRSPSW-4的計算模型，分別如表1和圖2所示。為了考察邊框剛度的影響，通過改變邊框柱與邊框梁腹板與翼緣的厚度，按照剛度從小到大的順序，分別給出了 A、B、C和 D四種邊框剛度。

綜合中國《鋼板剪力墻技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 380-2015[2]與美國AISC 341[20]，非加勁普通鋼板剪力墻邊框柱與邊框梁的截面慣性矩應(yīng)分別滿足下式要求：

圖1 分塊蓋板屈曲約束鋼板剪力墻示意圖Fig.1 Schematic diagram of the BRSPSW with sub-cover plates

表1 帶邊框鋼板剪力墻計算模型編號Table 1 The analytical model number for buckling-restrained steel plate shear wall with frame

圖2 帶邊框鋼板剪力墻計算模型Fig.2 Analytical models of steel plate shear wall with frame

式中：tw為內(nèi)鋼墻板的厚度；[Ic]為邊框柱的截面慣性矩限值；[Ib]為邊框梁的截面慣性矩限值；Hc為柱高(按與鋼板剪力墻相連上下邊框梁的軸線距離計算)；Lb為梁跨(按與鋼板剪力墻相連邊框柱的軸線距離計算)。

4種邊框的截面慣性矩與規(guī)程限值如表2所示。從表中可以看出，本文算例邊框柱的截面慣性矩均大于現(xiàn)行規(guī)程[2,20]]對邊框柱剛度的要求，邊框梁的的截面慣性矩均小于現(xiàn)行規(guī)程[2,20]對邊框梁剛度的限值。

表2 邊框截面的慣性矩與規(guī)程限值 /(×104mm4)Table 2 Inertia moment and regulation limit of border Section

混凝土蓋板與周邊框架預(yù)留100 mm縫隙，滿足罕遇地震作用下層間位移角限值的1.5倍。單塊蓋板時螺栓為4排7列布置，4塊蓋板時每塊蓋板的螺栓為4排3列布置。帶邊框鋼板剪力墻計算模型如圖2所示。蓋板厚度為100 mm，混凝土強度等級C40。假定混凝土蓋板與鋼板之間單側(cè)間隙為5 mm。

1.2 材料本構(gòu)

1.2.1 鋼板

內(nèi)嵌鋼板采用Q235B，參考石永久等[18]提出的循環(huán)荷載作用下鋼材本構(gòu)模型，并利用 ABAQUS軟件[19]中的雙折線性隨動硬化模型(圖 3)，考慮包辛格效應(yīng)，在循環(huán)過程中無剛度退化。

1.2.2 混凝土

混凝土本構(gòu)采用 ABAQUS軟件自帶的塑性損傷模型，考慮了損傷效應(yīng)，假定材料各向同性，能夠考慮混凝土材料拉壓強度差異、剛度及強度退化以及拉壓循環(huán)裂縫閉合剛度恢復(fù)等特性。混凝土材料軸心抗壓和軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50010-2010[20]取用，混凝土單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程按附錄C公式計算。

圖3 鋼材雙線性隨動硬化模型示意Fig.3 The sketch map of steel bilinear with dynamic hardening model

1.2.3 鋼筋

蓋板鋼筋采用HRB400，直徑均為10 mm，間距不大于 200 mm，雙層雙向布置，保護(hù)層厚度為15 mm。鋼筋采用雙折線理想彈塑性本構(gòu)進(jìn)行模擬，鋼筋屈服后為水平段，不考慮鋼筋硬化。

1.3 單元類型、計算條件與加載制度

1.3.1 單元類型

邊框柱、邊框梁以及內(nèi)嵌鋼板均采用 S4R殼單元，適于模擬鋼板在地震作用下的非線性屈曲以及彈塑性變形。混凝土蓋板采用C3D8R單元，該六面體單元線性縮減積分的計算效率很高。鋼筋采用 T3D2桁架單元，賦予截面屬性后嵌入到實體混凝土中。

1.3.2 計算條件

由于內(nèi)嵌鋼板的高厚比較大，鋼板在加工制作、運輸與安裝過程中將產(chǎn)生初始缺陷，與兩側(cè)的混凝土蓋板無法理想貼合。本文在進(jìn)行彈性屈曲分析的基礎(chǔ)上，采用多階屈曲模態(tài)組合的方式模擬內(nèi)嵌鋼板的初始缺陷，假定最大面外變形幅值為1 mm。故此，計算時假定混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板的間隙為5 mm。

為了保證計算精度與收斂性，避免沙漏現(xiàn)象，采用ABAQUS中Dynamic/Implicit分析方法，控制單元長度不大于 100 mm，并將蓋板沿厚度方向分為4層。通過耦合內(nèi)嵌鋼板與混凝土蓋板節(jié)點自由度，來模擬螺栓的作用。在混凝土蓋板與內(nèi)嵌鋼板之間設(shè)置接觸面，防止互相穿透；并忽略二者之間的摩擦力。

1.3.3 加載制度

采用位移控制加載方式，在邊框梁頂部中點施加往復(fù)水平位移，模擬水平地震力作用。彈性階段每級位移增量為1/800層間位移角，每級加載循環(huán)1次；鋼材進(jìn)入屈服后，每級位移增量為1/400層間位移角，每級加載循環(huán)2次。有限元分析采用的加載制度如圖4所示。

圖4 位移加載制度Fig.4 Displacement controlled loading pattern

2 框架-鋼板剪力墻整體性能分析

2.1 滯回性能與骨架曲線

在水平往復(fù)加載作用下，帶邊框鋼板剪力墻BRSPSW-0B、BRSPSW-0B和BRSPSW-0B的滯回曲線如圖5所示。從圖5可知，對于普通鋼板剪力墻 BRSPSW-0B，鋼材進(jìn)入屈服后，雖然在加載方向承載力基本保持不變，但在卸載時滯回曲線發(fā)生明顯的捏攏現(xiàn)象，滯回環(huán)包圍面積減小，耗能能力降低。對于屈曲約束鋼板剪力墻，單塊蓋板模型BRSPSW-1B和4塊蓋板模型BRSPSW-4B的滯回曲線均很飽滿，說明其耗能性能優(yōu)越。

圖5 帶邊框鋼板剪力墻的滯回曲線Fig.5 Hysteretic curve of steel plate shear wall with frame

4塊蓋板的帶邊框鋼板剪力墻計算模型在水平往復(fù)荷載作用下的骨架曲線如圖6所示。從圖6可看出，隨著邊框剛度增大，構(gòu)件的剛度與承載力均顯著提高，由此可見，在屈曲約束鋼板墻中，邊框柱與邊框梁對側(cè)向剛度與承載力均有一定貢獻(xiàn)。

圖6 帶邊框鋼板剪力墻水平力-變形角骨架曲線Fig.6 Horizontal force-deformation rotation skeleton curve of steel plate shear wall with frame

2.2 受剪承載力與側(cè)向變形角

帶邊框鋼板剪力墻屈服時的變形角 θy與受剪承載力Vy以及1/50變形角時的受剪承載力Vm見表3。從表中可知，屈服變形角約為1/238 ~ 1/212，與普通鋼板剪力墻相比，屈曲約束鋼板剪力墻進(jìn)入屈服稍早，且邊框剛度對屈服變形角的影響較小。

表3 鋼板剪力墻屈服時的變形角與受剪承載力Table3 Deformation rotation and Shear Bearing Capacity of SPSW during embedded steel plate yielding

2.3 剛度退化

在往復(fù)荷載作用下，4塊蓋板的帶邊框鋼板剪力墻側(cè)向剛度與變形角的關(guān)系如圖7所示。由圖7可知，隨著邊框剛度增大，鋼板剪力墻的側(cè)向剛度隨之增大，說明邊框柱對構(gòu)件側(cè)向剛度貢獻(xiàn)較大。

圖7 帶邊框鋼板剪力墻側(cè)向剛度與變形角的關(guān)系Fig.7 Relationship between lateral stiffness - deformation rotation for steel plate shear wall with frame

2.4 等效粘滯阻尼系數(shù)

無蓋板鋼板剪力墻和4塊蓋板的鋼板剪力墻在水平往復(fù)加載過程中等效粘滯阻尼系數(shù)的變化情況見圖8(a)和圖8(b)。從圖中可知，無蓋板鋼板墻在 4種邊框剛度時的等效粘滯阻尼系數(shù)均不大于32%，其耗能能力較弱，且邊框剛度對等效粘滯阻尼系數(shù)影響不大；4塊蓋板屈曲約束鋼板剪力墻在4種邊框剛度時的等效粘滯阻尼系數(shù)均大于38%，其耗能能力較強；且在1/50變形角時，較小邊框剛度相應(yīng)的等效粘滯阻尼系數(shù)較大。

圖8 帶邊框鋼板剪力墻等效粘滯阻尼系數(shù)與變形角的關(guān)系Fig.8 Relationship between equivalent viscous damping coefficient-deformation rotation for steel plate shear wall with frame

3 各類構(gòu)件受力性能分析

3.1 邊框柱與邊框梁的性能

3.1.1 鋼板屈服時邊框柱和梁的應(yīng)力

當(dāng)內(nèi)嵌鋼板進(jìn)入屈服時，邊框柱與邊框梁的最大Mises應(yīng)力見圖9。從圖9可知，普通鋼板剪力墻邊框柱與邊框梁 Mises應(yīng)力峰值分別為174.5 MPa與152.6 MPa，遠(yuǎn)低于鋼板應(yīng)力；隨著邊框抗彎剛度增大，邊框柱與邊框梁的應(yīng)力隨之減??；單塊蓋板時屈曲約束鋼板墻的邊框梁、柱Mises應(yīng)力略小于4塊蓋板，且邊框梁的Mises應(yīng)力顯著小于邊框柱。

圖9 鋼板屈服時邊框的Mises應(yīng)力Fig.9 Mises stress of the frame during embedded steel plate yielding

3.1.2 邊框的變形

邊框柱與邊框梁除作為主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與整體受力外，同時還作為鋼板剪力墻的邊緣構(gòu)件，為鋼板提供可靠的錨固條件，從而可以充分發(fā)揮內(nèi)嵌鋼板的側(cè)向剛度與耗能能力。受到鋼板拉力場效應(yīng)的影響，普通鋼板剪力墻的邊框柱容易發(fā)生內(nèi)凹變形，邊框出現(xiàn)下凹變形，如圖10所示。

圖10 邊框柱與邊框梁的變形特點Fig.10 Deformation characteristics of frame column and frame beam

在1/50層間位移角時，邊框柱的內(nèi)凹變形見圖11(a)。從圖中可知，受到內(nèi)嵌鋼板的作用，普通鋼板剪力墻邊框柱的內(nèi)凹變形為32.06 mm；隨著邊框柱剛度增大，邊框柱的內(nèi)凹變形逐漸減小。對于屈曲約束鋼板剪力墻，在各種邊框剛度時的內(nèi)凹變形均很小，可以忽略不計。此外，蓋板數(shù)量對邊框柱內(nèi)凹變形的影響可以忽略。

在 1/50層間位移角時，邊框梁的變形見圖11(b)。從圖中可知，普通鋼板剪力墻邊框梁的下凹變形為38.21 mm；隨著邊框梁剛度增大，邊框梁的下凹變形明顯減小。屈曲約束鋼板剪力墻的最大下凹變形為4.10 mm，僅為邊框梁凈跨度的1/1610，遠(yuǎn)小于普通鋼板剪力墻；隨著邊框梁剛度增大，下凹變形進(jìn)一步減小；4塊蓋板與單塊蓋板時的情況非常接近。

這說明，對于屈曲約束鋼板剪力墻，對邊框柱與邊框梁抗彎剛度的要求可以低于普通鋼板剪力墻。

圖11 鋼板剪力墻邊框內(nèi)凹變形與邊框剛度的關(guān)系Fig.11 Relationship between concave deformation of the frame and frame stiffness of SPSWs

3.1.3 邊框的Mises應(yīng)力

在1/50層間位移角時，邊框柱Mises應(yīng)力隨邊框柱剛度的變化情況見圖12(a)。從圖中可知，對于普通鋼板剪力墻，邊框柱 Mises應(yīng)力最大值為629.1 MPa；隨著邊框柱剛度增大，Mises應(yīng)力迅速減小。屈曲約束鋼板剪力墻邊框柱的Mises應(yīng)力最大值小于普通鋼板墻，且與邊框柱剛度關(guān)系不大。

在1/50層間位移角時，邊框梁Mises應(yīng)力隨邊框梁剛度的變化情況見圖12(b)。從圖中可知，對于普通鋼板剪力墻，邊框梁 Mises應(yīng)力最大值為490.3 MPa；隨著邊框梁剛度增大，Mises應(yīng)力逐漸減小。屈曲約束鋼板剪力墻邊框梁的應(yīng)力顯著低于普通鋼板墻，其Mises應(yīng)力隨邊框剛度增大而略有減小。

圖12 鋼板剪力墻邊框Von-Mises應(yīng)力與邊框剛度的關(guān)系Fig.12 Relationship between Von-Mises stress of the frame and frame stiffness of SPSWs

3.1.4 邊框的塑性應(yīng)變

在1/50層間位移角時，邊框柱塑性應(yīng)變隨邊框柱剛度的變化情況見圖13(a)。從圖中可知，對于普通鋼板剪力墻，邊框柱最大塑性應(yīng)變?yōu)?0.03696；隨著邊框柱剛度增大，塑性應(yīng)變迅速減小。單塊蓋板鋼板剪力墻邊框柱的最大塑性應(yīng)變?yōu)?0.02201，明顯小于普通鋼板剪力墻，說明其損傷程度顯著減輕，隨著邊框剛度增大略有減小。4塊蓋板鋼板剪力墻邊框柱的最大塑性應(yīng)變?yōu)?0.02089，與單塊蓋板較為接近。

在1/50層間位移角時，邊框梁塑性應(yīng)變隨邊框梁剛度的變化情況見圖13(b)。從圖中可知，對于普通鋼板剪力墻，邊框梁最大塑性應(yīng)變?yōu)?0.02632；隨著邊框梁剛度增大，其塑性應(yīng)變略有減小。屈曲約束鋼板剪力墻邊框梁最大塑性應(yīng)變?yōu)?0.00720，遠(yuǎn)小于普通鋼板墻。蓋板數(shù)量對邊框梁塑性應(yīng)變影響不大，損傷程度均很輕微。

圖13 鋼板剪力墻邊框塑性應(yīng)變與邊框剛度的關(guān)系Fig.13 Relationship between plastic strain of the frame and frame stiffness of SPSWs

3.2 內(nèi)嵌鋼板的性能

3.2.1 內(nèi)嵌鋼板的應(yīng)力與塑性應(yīng)變

當(dāng)層間位移角達(dá)到 1/50時，BRSPSW-0B和BRSPSW-4B內(nèi)嵌鋼板的Mises應(yīng)力分布見圖14，Mises應(yīng)力隨邊框剛度的變化情況見圖15。從圖中可知，普通鋼板剪力墻內(nèi)嵌鋼板Mises應(yīng)力的最大值為 421.0 MPa，應(yīng)力分布很不均勻，部分區(qū)域的應(yīng)力尚低于屈服應(yīng)力，且角部出現(xiàn)應(yīng)力集中；隨著邊框剛度增大，Mises應(yīng)力略有增大。4塊蓋板鋼板剪力墻內(nèi)嵌鋼板的最大 Mises應(yīng)力為 378.1 MPa，應(yīng)力分布較為均勻，鋼板沿 45°方向形成明顯的拉力帶；Mises應(yīng)力隨著邊框剛度的增大略有增大。單塊蓋板時內(nèi)嵌鋼板Mises應(yīng)力分布與變化規(guī)律與4塊蓋板時總體上較為接近。

圖14 內(nèi)嵌鋼板的Von-Mises應(yīng)力/MPaFig.14 Von-Mises stress of steel plate embedded in frame

圖15 內(nèi)嵌鋼板Von-Mises應(yīng)力與邊框剛度的變化Fig.15 Relationship between Von-Mises stress of embedded steel plate and frame stiffness

在1/50層間位移角時，內(nèi)嵌鋼板墻的塑性應(yīng)變情況見圖16。從圖中可知，對于普通鋼板墻，內(nèi)嵌鋼板最大塑性應(yīng)變?yōu)?0.05115；塑性應(yīng)變隨著邊框剛度加大而增大，說明鋼板相應(yīng)的損傷程度加劇。單塊蓋板和 4塊蓋板屈曲約束鋼板墻的最大塑性應(yīng)變分別為0.01924和0.02046，說明其損傷程度顯著低于普通鋼板剪力墻；隨著邊框剛度增大，最大塑性應(yīng)變略有增大。

圖16 內(nèi)嵌鋼板塑性應(yīng)變與邊框剛度的關(guān)系Fig.16 Relationship between plastic strain of embedded steel plate and frame stiffness

3.2.2 內(nèi)嵌鋼板的變形

當(dāng)層間位移角達(dá)到1/50時，BRSPSW-0B、BRSPSW-1B和BRSPSW-4B內(nèi)嵌鋼板的面外變形見圖17，最大面外變形隨邊框剛度的變化情況見圖18。從圖中可知，對于普通鋼板剪力墻，在45°方向形成明顯的大波形拉力帶，內(nèi)嵌鋼板的面外變形很大，最大面外變形達(dá)210.3 mm；隨著邊框剛度增強，其最大面外變形總體上略有減小。對于屈曲約束鋼板墻，單塊蓋板時內(nèi)嵌鋼板的最大面外變形為18.04 mm，遠(yuǎn)小于普通鋼板剪力墻，鋼板 45°方向的屈曲半波較為細(xì)密。4塊蓋板時，鋼板最大面外變形為12.11 mm，螺栓水平間距較小，有利于限制屈曲變形。邊框剛度對屈曲約束剪力墻內(nèi)嵌鋼板的面外變形影響不大。

圖17 內(nèi)嵌鋼板的面外變形 /mmFig.17 Out of plane deformation of concrete cover plate

圖18 內(nèi)嵌鋼板面外變形與邊框剛度的關(guān)系Fig.18 Relationship between out-of-plane deformation of embedded steel plate and frame stiffness

3.3 混凝土蓋板的性能

3.3.1 混凝土蓋板的面外變形

當(dāng)層間位移角達(dá)到 1/50時，屈曲約束剪力墻BRSPSW-1B和BRSPSW-4B混凝土蓋板的面外變形如圖 19所示。從圖中可知，蓋板的面外變形總體上較為均勻?；炷辽w板面外變形隨邊框剛度的變化如圖 20所示。由圖可知，在層間位移角達(dá)到1/50時，單塊蓋板時混凝土板的最大面外變形為11.6 mm，4塊蓋板時混凝土板的最大面外變形為6.9 mm。隨著邊框剛度增大，混凝土蓋板的最大面外變形略有減小。

圖19 混凝土蓋板的面外變形 /mm Fig.19 Out-of-plane deformation of RC cover plate

圖20 混凝土蓋板最大面外變形與邊框剛度的關(guān)系Fig.20 Relationship between maximum out-of-plane deformation of concrete cover plate and frame stiffness

3.3.2 蓋板混凝土與鋼筋的應(yīng)力

蓋板混凝土與鋼筋的Mises應(yīng)力隨邊框剛度的變化如圖 21所示。由圖可知，在層間位移角達(dá)到1/50時，單塊蓋板混凝土與鋼筋的最大Mises應(yīng)力分別為50.2 MPa和390.1 MPa；隨著邊框剛度增大，混凝土和鋼筋的應(yīng)力均略有減小。4塊蓋板時，混凝土與鋼筋的最大 Mises應(yīng)力分別為 37.1 MPa和358.4 MPa，均顯著小于單塊蓋板時的情況，且隨邊框剛度增大有所減小，這說明，縮小螺栓間距對于減小蓋板混凝土與鋼筋應(yīng)力的作用非常顯著。

圖21 混凝土蓋板最大Mises應(yīng)力與邊框剛度的關(guān)系Fig.21 Relationship between maximum Mises stress of concrete cover plate and frame stiffness

4 結(jié)論

(1) 在水平往復(fù)作用下，帶邊框屈曲約束鋼板剪力墻的滯回曲線飽滿，等效粘滯阻尼系數(shù)顯著大于普通鋼板剪力墻，多塊蓋板與單跨蓋板差異不大。邊框柱與邊框梁對側(cè)向剛度、承載力與塑性耗能均有一定貢獻(xiàn)。

(2) 內(nèi)嵌鋼板進(jìn)入屈服時，屈曲約束鋼板墻的層間變形角略小于普通鋼板墻，邊框剛度對屈服變形角的影響較小。邊框柱與邊框梁的Mises應(yīng)力高于普通鋼板剪力墻。

(3) 在1/50層間位移角時，屈曲約束鋼板剪力墻邊框柱的內(nèi)凹變形與邊框梁的下凹變形均很小，蓋板數(shù)量對邊框內(nèi)凹變形的影響可以忽略。邊框柱與邊框梁的Mises應(yīng)力均小于普通鋼板剪力墻的邊緣構(gòu)件，損傷程度也顯著降低。由此可見，屈曲約束鋼板剪力墻對邊框柱與邊框梁的要求可以低于普通鋼板剪力墻。

(4) 當(dāng)層間位移角達(dá)到1/50時，屈曲約束鋼板墻內(nèi)嵌鋼板應(yīng)力的分布較為均勻，形成沿 45°方向細(xì)而密的拉力帶。最大面外變形與損傷程度均顯著低于普通鋼板剪力墻，Mises應(yīng)力隨邊框剛度的加大略有增大。

(5) 在層間位移角達(dá)到1/50時，對于螺栓間距較小的4塊蓋板，其內(nèi)嵌鋼板面外變形、混凝土與鋼筋的Mises應(yīng)力均小于單塊蓋板。隨著邊框剛度增大，蓋板的面外變形、混凝土和鋼筋的應(yīng)力均略有減小。

(6) 現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對非加勁薄鋼板剪力墻邊框剛度的規(guī)定，不能很好地適用于屈曲約束鋼板剪力墻。

注：該文在第28屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議(2019 南昌)應(yīng)邀作特邀報告