·1766 工程科学学报，第39卷，第11期 载作用下承受水平和竖向的复合作用网.双钢板混凝 1 土组合剪力墙主要由钢板和混凝土两种材料组成，其 钢板屈曲理论分析 轴压承载力受到钢板屈曲和核心混凝土约束作用的影 双钢板混凝土组合剪力墙的两层钢板之间可设置 响，进而影响到钢板和混凝土的协同工作性能. 竖向隔板、对拉螺栓、焊接栓钉等构造措施，这些构造 WrightD-进行了4个足尺的双层压型钢板混凝土组 措施可将双钢板混凝土组合剪力墙中的外置钢板分为 合剪力墙轴压性能试验，由于钢板与混凝土之间无连 若干矩形钢板区格，如图1所示，其中y为钢板区格的 接构造措施，使钢板与混凝土协同工作性能较差，进而 宽度方向，x为钢板区格的高度方向，N,为钢板区格受 使试件轴心抗压能力降低.随后进行了13个足尺试 到的均匀压力，α为钢板区格的高度，b为钢板区格的 件的轴压性能试验，在钢板与混凝土之间设置不同的 宽度 构造措施加强其协同工作性能，但由于钢板局部屈曲 以及混凝土横截面偏心的影响，两种材料都没有达到 屈服应力.Mydin和Wang对l2个双层压型钢板发 泡混凝土组合剪力墙试件进行轴压性能试验，钢板之 间为螺栓连接，研究表明核心混凝土能抑制钢板向内 屈曲，利用Uy和Bradford网提出的钢板屈曲系数以及 Liang和Uy切提出的钢板有效宽度的概念，提出了轴 压承载力计算公式并考虑钢板屈曲的影响，其计算值 和试验值吻合较好.以上结果表明，压型钢板能够对 核心混凝土起到一定的约束作用，但是不能有效地提 高混凝土的轴心抗压强度，若钢板和混凝土之间无可 图1钢板区格受力示意图 靠的连接构造措施，试件脆性破坏较为明显.Huang Fig.I Schematic diagram of steel plate stress 和Liew圆提出了“灯”型互锁弯钩的双钢板混凝土组合 剪力墙，进行了15个试件的轴压性能试验，考虑到钢 板在单向均匀受压状态下的平衡微分方程为四 板屈曲的影响进而提出了轴压承载力计算公式.张有 心/8如+2a0_+w) =0. (1) 佳等⑨对双钢板混凝土组合墙体局部稳定性进行轴压 E 试验研究，给出了组合墙体的初始刚度和极限承载力 其中，w为板沿x轴的挠度，D= 12(1-)为钢板的抗 的经验公式，导出了适合钢板弹性屈曲应变的理论公 式.刘鸿亮网对带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪 弯刚度，E为钢板的弹性模量，L,为钢板的厚度，v为钢 材的泊松比 力墙中的核心混凝土进行了本构模型的理论分析 假设钢板区格为四边简支，支座不能向钢板提供 综上所述，关于综合考虑钢板屈曲和核心混凝土 对双钢板混凝土组合剪力墙轴压承载力的影响还缺乏 转角约束，因此当x=0和x=a时，0=0，=0：当 一定的理论研究和试验验证，因此本文考虑了钢板局 部屈曲对钢板轴压承载力的影响以及受约束混凝土轴 心抗压强度的提高，提出了双钢板混凝土组合剪力墙 y-0南6时=0号=0 由于均匀受压板在y方向通常呈1个半波四，因 轴压承载力的计算公式，并对双钢板混凝土组合剪力 此选定符合以上边界条件的板的挠曲面函数为 墙试件进行轴压性能试验.与其他计算方法对比，利 用本文公式得到的计算值与试验结果吻合最好.结合 (2) 其他相关试验试件较好地验证了本文提出的计算公式 其中，m为钢板屈曲时沿x轴的半波数，um为各项的 的准确性和广泛适用性 待定常数 对双钢板混凝土组合剪力墙的研究，国内外学者 将式(2)代入式(1)，经过多次微分并且满足板 已经进行了较多的低周反复荷载试验，本论文的轴压 在单向均匀受压下呈微小弯曲状态时的条件，可得到 性能试验进一步丰富了对双钢板混凝土组合剪力墙的 N,的表达式 力学性能分析，验证了钢板的轴压屈曲特性和混凝土 受到钢板的约束作用对钢板和混凝土协同工作性能的 (3) 影响，轴压承载力的研究为双钢板混凝土组合剪力墙 将m看作连续变量，可得到N,的最小值，进而得 承受极端荷载时的设计提供一定的理论基础. 到钢板的临界屈曲应力为工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 载作用下承受水平和竖向的复合作用［2］． 双钢板混凝 土组合剪力墙主要由钢板和混凝土两种材料组成，其 轴压承载力受到钢板屈曲和核心混凝土约束作用的影 响，进 而 影 响 到 钢 板 和 混 凝 土 的 协 同 工 作 性 能． Wright［3--4］进行了 4 个足尺的双层压型钢板混凝土组 合剪力墙轴压性能试验，由于钢板与混凝土之间无连 接构造措施，使钢板与混凝土协同工作性能较差，进而 使试件轴心抗压能力降低． 随后进行了 13 个足尺试 件的轴压性能试验，在钢板与混凝土之间设置不同的 构造措施加强其协同工作性能，但由于钢板局部屈曲 以及混凝土横截面偏心的影响，两种材料都没有达到 屈服应力． Mydin 和 Wang［5］对 12 个双层压型钢板发 泡混凝土组合剪力墙试件进行轴压性能试验，钢板之 间为螺栓连接，研究表明核心混凝土能抑制钢板向内 屈曲，利用 Uy 和 Bradford［6］提出的钢板屈曲系数以及 Liang 和 Uy［7］提出的钢板有效宽度的概念，提出了轴 压承载力计算公式并考虑钢板屈曲的影响，其计算值 和试验值吻合较好． 以上结果表明，压型钢板能够对 核心混凝土起到一定的约束作用，但是不能有效地提 高混凝土的轴心抗压强度，若钢板和混凝土之间无可 靠的连接构造措施，试件脆性破坏较为明显． Huang 和 Liew［8］提出了“J”型互锁弯钩的双钢板混凝土组合 剪力墙，进行了 15 个试件的轴压性能试验，考虑到钢 板屈曲的影响进而提出了轴压承载力计算公式． 张有 佳等［9］对双钢板混凝土组合墙体局部稳定性进行轴压 试验研究，给出了组合墙体的初始刚度和极限承载力 的经验公式，导出了适合钢板弹性屈曲应变的理论公 式． 刘鸿亮［10］对带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪 力墙中的核心混凝土进行了本构模型的理论分析． 综上所述，关于综合考虑钢板屈曲和核心混凝土 对双钢板混凝土组合剪力墙轴压承载力的影响还缺乏 一定的理论研究和试验验证，因此本文考虑了钢板局 部屈曲对钢板轴压承载力的影响以及受约束混凝土轴 心抗压强度的提高，提出了双钢板混凝土组合剪力墙 轴压承载力的计算公式，并对双钢板混凝土组合剪力 墙试件进行轴压性能试验． 与其他计算方法对比，利 用本文公式得到的计算值与试验结果吻合最好． 结合 其他相关试验试件较好地验证了本文提出的计算公式 的准确性和广泛适用性． 对双钢板混凝土组合剪力墙的研究，国内外学者 已经进行了较多的低周反复荷载试验，本论文的轴压 性能试验进一步丰富了对双钢板混凝土组合剪力墙的 力学性能分析，验证了钢板的轴压屈曲特性和混凝土 受到钢板的约束作用对钢板和混凝土协同工作性能的 影响，轴压承载力的研究为双钢板混凝土组合剪力墙 承受极端荷载时的设计提供一定的理论基础． 1 钢板屈曲理论分析 双钢板混凝土组合剪力墙的两层钢板之间可设置 竖向隔板、对拉螺栓、焊接栓钉等构造措施，这些构造 措施可将双钢板混凝土组合剪力墙中的外置钢板分为 若干矩形钢板区格，如图 1 所示，其中 y 为钢板区格的 宽度方向，x 为钢板区格的高度方向，Nx为钢板区格受 到的均匀压力，a 为钢板区格的高度，b 为钢板区格的 宽度． 图 1 钢板区格受力示意图 Fig． 1 Schematic diagram of steel plate stress 板在单向均匀受压状态下的平衡微分方程为［11］ D (  4 w x 4 + 2  4 w x 2 y 2 +  4 w y 4 ) + Nx  2 w x 2 = 0． ( 1) 其中，w 为板沿 x 轴的挠度，D = Et3 s 12( 1 － ν 2 ) 为钢板的抗 弯刚度，E 为钢板的弹性模量，ts为钢板的厚度，ν 为钢 材的泊松比． 假设钢板区格为四边简支，支座不能向钢板提供 转角约束，因此当 x = 0 和 x = a 时，w = 0， 2 w x 2 = 0; 当 y = 0和 y = b 时，w = 0， 2 w y 2 = 0． 由于均匀受压板在 y 方向通常呈 1 个半波［11］，因 此选定符合以上边界条件的板的挠曲面函数为 w = ∑ ∞ m = 1 um sin mπx a sin πy b ． ( 2) 其中，m 为钢板屈曲时沿 x 轴的半波数，um为各项的 待定常数． 将式( 2) 代入式( 1) ，经过多次微分并且满足板 在单向均匀受压下呈微小弯曲状态时的条件，可得到 Nx的表达式 Nx = a2 π2 D m2 ( m2 a2 + 1 b 2 ) 2 ． ( 3) 将 m 看作连续变量，可得到 Nx的最小值，进而得 到钢板的临界屈曲应力为 · 6671 ·