第 1 章 绪论
1.1 课题研究背景
近年来，我国经济快速发展，导致了建筑用地紧张，人民对住房的需求量增加，推动着国内高层建筑迅速发展，一些城市（超）高层建筑增多，为缓解城市用地紧张的现状[1]。截止到现在为止，我国总高度超过 150m 的建筑超过 200 幢，一些超高层建筑更是超过 600m[2]。
随着建筑物层数的增加，抵抗水平力已成为建筑设计首先要考虑的问题。高层建筑体系抗侧力构件均采用剪力墙，建筑物高度增加后，传统钢筋混凝土剪力墙需要更厚的墙体来支撑，其自重也会增大，而且施工工艺复杂，湿作业较多，传统钢筋混凝土剪力墙的缺陷越来越明显，这些问题的存在已无法继续满足高层建筑的需求[3]。因此设计一种承载力高、延性好、施工方便，且可以取代钢筋混凝土剪力墙的新型剪力墙是很必要的。
国内外为此对双钢板混凝土剪力墙展开系列的研究，目前对于双钢板混凝土剪力墙的研究已较为成熟，其凭借着施工方便、工期较短、承载能力强、节省模板等优势，在工程上已经得到了大量应用。但由于平钢板的施工过程中，可能外钢板发生平面外初始变形，这种现象会导致承载力降低[4]。为此国内外提出了波纹钢板替代平钢板，由于其截面的凹凸形式使其与混凝土接触面更广，增强了两者相互作用，对混凝土进行更好的约束，从而达到增强剪力墙整体刚度及整体性的目的。
.....................
1.2 国内外研究现状
1.2.1 单层钢板-混凝土组合剪力墙20 世纪 60 年代，日本[5]完成一内置钢板组合剪力墙试验。结果显示，加载到峰值荷载的 2/3，钢板和混凝土共同作用最好；峰值荷载时，混凝土裂缝均匀分布，而后，混凝土呈滑移状开裂，剪力墙破坏显著。
1995 年，李国强等[6]对钢板外包混凝土剪力墙（如图 1-1）进行试验研究。外包混凝土剪力墙破坏时，底部混凝土局部失稳，脚部混凝土因压碎而破坏，呈现出剪切破坏的形态。结果表明，钢板外包混凝土剪力墙，其变形能力、承载能力、延性均较好。
图 1-1 钢板外包混凝土剪力墙
第 2 章 有限元基本理论
2.1 引言
随着计算机领域的迅速发展，为了解决工程中的问题，各种非线性有限元软件应运而生。其中功能强大有限元软件 ABAQUS，可对复杂的固体力学和结构力学系统进行分析，主要解决复杂的非线性问题[48]。而且 ABAQUS 软件使用时，操作简单，原本实际很复杂的结构可以简便地建出来，因为它有着充足的单元及材料本构库可供用户进行选择，用户只需提供一些形状参数、荷载情况等数据即可，在进行计算时，这个软件也会自动地调整参数，用户不需要在计算时调控任何参数。
本课题研究的内容，采用 ABAQUS 有限元软件进行模拟，它可以很好地对构件进行计算，得出高精确度的抗震性能分析，对分析这种非线性问题非常适用。
该软件由分析模块、前后处理的处理模块以及若干小模块组成，具体分析步骤见图 2-1，接下来对这几个常用的模块进行阐述：
1）前后处理模块（ABAQUS/CAE）：主要通过 Part（用以创建各组成部分几何形状）、Property（创建材料截面属性并赋予到各组成部分）、Assembly（对组成部分进行装配）、Step（设置分析步）、Interaction（设置相互作用）、Lord（施加荷载及边界条件）、Mesh（划分网格）、Job（创建作业）这八个模块进行，建模完成以后通过作用（Job）进行数据提交（submit），进入分析。
2）后处理过程为当模型分析完后，将用户需要的数据结果进行后处理。后处理可以通过 ABAQUS/CAE 的子模块 ABAQUS/Viewer 中的 Visualization 对结果进行操作，可以显示各个部件不同分析步的应力云图、变形图等，也可经过简单的操作绘制出滞回曲线图，最后得出的数据可以提取出来，用其他数据处理软件进行处理后使用。
........................
2.2非线性有限元基本理论
本文使用有限元分析的中引起 T 形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙（TSCSW）非线性分有：
1）几何非线性：即由于结构发生了较大的位移之后，改变了结构的形状，平衡方程不能按照原来的方程进行排列，只能通过变形后的形状来实现，即结构位移-应变的非线性。在软件 Step（分析步）模块中，通过将 Nlgeom 设置成 On 实现。
2）材料非线性：也就是材料本身（钢板、混凝土）本构为非线性，在 ABAQUS中可以在 Property 模块对材料的属性进行设置。
3）状态非线性：这是由于构件受力变形时，会引起边界条件的改变，或者是因为钢板鼓曲，使得混凝土与钢板接触面状态不稳定，从而引起状态的非线性。
在 ABAQUS 中通过在 Interaction 模块中定义其相关参数。
在实际情况下，三种非线性问题可能单独存在，也可能同时存在，本文所研究的组合剪力墙构件中三种非线性问题同时存在。
...........................
第 3 章 有限元模型的建立与已有试验结果的对比...........................17
3.1 引言...............................17
3.2 试验概述.............................17
第 4 章 参数变化对剪力墙抗震性能影响分析............................27
4.1 引言................................27
4.2 TSCSW 系列试件设计...............................27
结论....................................53
第 4 章 参数变化对剪力墙抗震性能影响分析
4.1 引言
通过第三章对 YZQ-3、TXQ-1 试验的模拟，用这种建模方法的正确性已得到验证，因此用 ABAQUS 有限元软件，对 T 形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙（本文简化为“TSCSW”模型）系列构件进行数值模拟。本章首先通过上述建模方法建立基础剪力墙构件，在对此构件的结果进行分析后建立了六个系列共 21 个试件，通过改变其混凝土及钢板强度等级、轴压比、钢板厚度（波形钢板、内置隔板、矩形钢管）、腹板腔体数量及剪跨比等参数，研究 21 个构件在水平往复荷载下对 TSCSW 抗震性能的影响。
本文以试件 TSCSW-1 为基础构件，其由两侧波纹钢板、内置隔板、矩形钢管及内填混凝土组成，翼缘由三个钢管暗柱四腔波纹腔体组成，腹板为两侧暗柱及中间五腔波纹腔体组成，所有墙体厚度为波纹波谷处 100mm，波峰处与矩形钢管暗柱一致为 130mm，为了工艺方便将波纹钢板、内隔板及暗柱的厚度统一，TSCSW-1 取4mm，矩形钢管柱[63]尺寸为 130mm×130mm×4mm（长×宽×厚），试件高为 1500mm，混凝土强度为 C30，钢板强度 Q345，轴压比 n 为 0.4，所有构件翼缘长×翼缘宽均为1110mm×130mm，腹板长×腹板宽均为 1160mm×130mm，其余构件均在此构件的基础上通过改变某个参数进行分析。基础构件 TSCSW-1 截面尺寸如图 4-1。
图 4-1 试件 TSCSW-1 截面尺寸
...........................
结论
本文采用理论分析与数值模拟结合的方法，对 T 形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙（TSCSW），在水平往复荷载作用下的抗震性能进行研究。首先通过对已有试验的模型进行模拟，找出正确及可行的建模方法；再根据此方法计算了六个参数（混凝土强度、钢板强度、轴压比、钢板厚度、腹板腔数及剪跨比）共 21 个构件（TSCSW-1~TSCSW-21），对各组的承载能力、延性、刚度退化能力、耗能能力等抗震性能进行对比分析，主要结论有：
1）对 T 形双波纹钢板-混凝土组合剪力墙基础构件 TSCSW-1 在加载过程中的三个特征点（屈服点、峰值荷载点和破坏荷载点）处的混凝土与钢板的应力应变分析发现：在加载初期，受压区的混凝土应力均匀地分布在腹板中部，腹板的矩形钢管柱角部钢板最先达到屈服强度，此时混凝土未达到极限压应变，随着位移继续施加，波纹钢板腔体对混凝土仍然有较好的约束力，应力分布均匀，最后由于腹板远离翼缘一侧的钢板底部发生屈曲，整体变形呈斜向布置，混凝土被压碎，构件发生剪切破坏，破坏之后仍然保持着较好的承载能力。
2）对于构件的混凝土强度等级，在其他参数不变的情况下，随着等级的提高，承载能力及前期刚度有所提高，但延性下降，等效粘滞阻尼系数没有较大的影响
3）对于构件的钢板强度，在其他参数不变的情况下，随着钢板强度的提高，构件的承载能力及前期刚度明显提高，整体的延性也呈上升趋势，但其等效粘滞阻尼系数有所下降。
4）对于构件的轴压比，在其他参数不变仅改变竖向力的情况下，轴压比增大后，使 TSCSW 的承载能力以及延性性能有小幅度的下降，刚度退化变化不大，耗能能力有所提高。
5）对于构件的钢板厚度，在其他参数不变的情况下，随着厚度的增加，构件的承载能力、延性、前期刚度及耗能能力明显增大，对构件抗震性能的影响最明显。
6）对于构件的腹板腔体数量，在其他参数不变的情况下，随着腹板腔数的增多，构件的承载能力、延性性能及等效粘滞阻尼系数略有提高，但不是很明显，前期刚度退化也没有明显变化。
参考文献（略）