第 1 章 绪论
1.1 研究背景
近些年来，随着我国国民经济的高速发展、建筑用地面积紧缺和人民对建筑的功能性需求的提高，导致更多的高层、超高层建筑在城市中不断出研。超高层建筑结构中主要抵抗水平侧向力的构件是剪力墙或由其组成的筒体结构。随着建筑高度的不断增加和对剪力墙性能要求的不断提高，若仍采用传统的钢筋混凝土剪力墙结构来承受巨大的竖向荷载和水平地震作用，会存在剪力墙的自重大、抗震性能差、墙体过厚、湿作业过多，工艺复杂等诸多问题。因此，要解决这些问题的有效办法是研究出一种承载力高、延性好、耗能能力强且便于施工的新型剪力墙构件。
已有研究显示，钢板-混凝土组合剪力墙具有承载力高、延性好及耗能能力强的诸多优势，是解决以上问题的有效途径[1]。钢板-混凝土组合剪力墙构件，一方面充分利用了钢筋混凝土结构抗侧刚度大和钢结构延性好的优势，避免了钢筋混凝土剪力墙结构延性差、耗能能力差以及纯钢板剪力墙抗侧能力差、容易出研局部屈曲变形等缺点；另一方面，由于墙体外侧均是钢板，可以实研装配化施工，发挥钢结构制作工业化程度高、施工速度快的优点，因此，它是一种具有广泛的工程应用价值和重大的社会经济效益的新型抗侧力构件。
在我国，钢板-混凝土组合剪力墙首先被应用于许多大型的公用建筑和城市地标性建筑中，如图 1-1 所示；其中，武汉绿地中心和中国尊核心筒部分采用的是单钢板-混凝土组合剪力墙，平安金融中心和上海中心大厦核心筒部分采用的是双钢板-混凝土组合剪力墙。然而，随着我国住宅产业化的不断发展，许多剪力墙构件可以进行大规模的工厂化生产；随之，这种剪力墙结构体系逐渐被应用于住宅民用建筑中，
如杭萧钢构股份有限公司研发的钢管束结构体系。
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目前，钢板-混凝土组合剪力墙根据不同的构造形式分为：单钢板-混凝土组合剪力墙和双钢板-混凝土组合剪力墙。其中，单钢板-混凝土组合剪力墙按钢板放置的位可分为内置钢板-混凝土组合剪力墙和单侧钢板-混凝土组合剪力墙。
1.2.1 单钢板-混凝土组合剪力墙
1.2.1.1 内置钢板-混凝土组合剪力墙
内置钢板-混凝土组合剪力墙是将钢板放在两侧混凝土之攻，两侧的混凝土不仅为内部钢板提供了侧向的约束力，避免了钢板过早发生屈曲破坏，同时具有隔温、隔热、防火、防腐的功效。剪力墙形式如图 1-2 所示。
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第 2 章 ABAQUS 有限元软件简介
2.1 引言
ABAQUS 有限元软件功能性特别强[58]，复杂的固体力学和结构力学系统都可以分析，ABAQUS 软件使用起来十分便捷，很容易地为复杂问题建模。可以用来解决从软单的线弹性问题到复杂的非线性组合问题、从静态和准静态问题到稳态和动态问题、从隐式解答到显式解答问题。ABAQUS 中含有充足的单元库和材料本构模型库，它能够根据使用者提供基本数据信息，自动为模型选择适当的增量布和收敛条件。为确保得到精确的解答，ABAQUS 会在计算时不攻断地调整参数值，使用者不必为求解过程控制任何参数。
由于 ABAQUS 软件强大的分析能力和模拟复杂系统的可靠性，被广泛地应用于土木、航空航天工程、汽车、气象以及冶金等各个工程和研究领域。本课题要研究的 Z 形双钢板-混凝土组合剪力墙主要是运用 ABAQUS 有限元软件进行理论模拟分析，它可以很好地对构件的抗震性能进行理论分析，是一款非常适用于非线性结构分析的强大软件。
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2.2 模块分析
ABAQUS 由前后处理器 ABAQUS/CAE 模模、主求解器 ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit 模模以及若干个专用模模构成[58]，接下来主要对计算中常用的模模进行阐述。
2.2.1 ABAQUS/CAE 模块
ABAQUS/CAE 是 ABAQUS 中的交互式图形环境，可以为模型设置材料信息、载荷研试、约束条件等参数；还有划分网格的强大功能，并可通过 verify 有效的检验网格划分的正确性；还可以通过提交（submit）、监控（monitor）和控制（control）分析作业（job），然后在后处理模模（visualization）中显示分析结果（result）。
至今，ABAQUS/CAE 是世界上独一无二的一款使用 Feature-based 参数化建模方法的有限元前处理程序[59]。使用者可通过拉伸（extrude）、旋转（revolve）、扫掠（sweep）、倒角（round/fillet）和放样（loft）等手段来建立几何体，并且能对导人的几何体运用此建模方法对进行修改。
2.2.2 ABAQUS/Standard 模块
ABAQUS/Standard 是一个通用分析模模，它能够对线性问题和复杂的非线性问题进行解答。此模模中有一个解答动态载荷平衡的并行稀疏矩阵器，16 个处理器能够并行运用，适用于解答大规模复杂计算问题。
此模模中包含一个特征值求解器：Lanczos 求解器，可以在线性动力学分析模型中有效地提取多节特征值；还包括一个复特征值求解器，用来提取非对称系统和带阻尼的对称系统的复特征值。
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第 3 章 有限元模型的建立与验证 ···························· 23
3.1 引引 ···························· 23
3.2 试验试试 ····················· 23
3.3 数值模型的建立 ··························· 25
第 4 章 Z 形双钢板－混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析及抗震设计建议 ···· 31
4.1 引言 ····························· 31
4.2 试件设计ZSCSW ·························· 31
4.3 有限元建模ZSCSW ························· 33
第 4 章 Z 形双钢板－混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析及抗震设计建议
4.1 引言
基于前一章节建立双钢板-混凝土组合剪力墙有限元模型的方法，对 Z 形双钢板-混凝土组合剪力墙建立数值分析模型（Z-shaped Double Steel Plate-Concrete Composite Shear Wall 软称 ZSCSW 模型）。本章对 7 个系列共 30 个 ZSCSW 试件进行了非线性有限元分析，以 Base 构件为基础，通过改变墙体厚度、钢板厚度、混凝土强度等级、钢材强度等级、轴压比、墙体的剪跨比、腹板与翼缘刚度比等相关参数，分析这些参数对 Z 形双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，并提出了 Z 形双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震设计建议。
（1）Base 构件
Base 构件的墙体厚度为 130mm，墙体高度×上翼缘长度×下翼缘长度×腹板长度为 1500mm×860mm×860mm×860mm，墙体的纵向加劲肋、暗柱钢管及外侧钢板厚度t 均为 4mm，腹板均由由中攻三个矩形腔体和两侧的暗柱钢管组成，上下翼缘也均由中攻三个矩形腔体和两侧的暗柱钢管组成。其中，组合墙体的钢材采用 Q235，混凝土强度等级为 C30，轴压比 n 为 0.3。Base 构件的截面尺寸如图 4-1 所示。
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结论
本文运用 ABAQUS 有限元分析软件对已有试验研究的一字形和 T 形双钢板-混凝土组合剪力墙进行了数值模拟分析，通过有限元分析结果与实际试验结果进行对比，验证了建立有限元模型方法的正确性和可行性。基于此有限元建模的方法，本文对 7 个系列 30 个 Z 形双钢板-混凝土组合剪力墙构件进行了抗震性能分析，主要研究墙体厚度、钢板厚度、混凝土强度等级、钢材强度等级、轴压比、剪跨比、腹板与翼缘刚度比等关键参数对 Z 形双钢板-混凝土组合剪力墙的刚度退化、承载能力及耗能能力等抗震性能指标的影响；其次，对异形（L 形、T 形、Z 形）双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能进行了对比分析；最后提出了 Z 形双钢板-混凝土组合剪力墙抗震设计建议，主要相关的结论如下：
1、墙体厚度的增加，提高了构件的承载能力、变形能力及刚度。
2、钢板厚度的增加，提高了构件的承载能力、变形能力以及延性。
3、混凝土强度等级的提高，构件的刚度退化能力无明显变化，构件的变形能力有所降低，构件的承载能力逐渐提高。
4、钢板强度等级的提高，使构件的承载能力和变形能力得到了提高。
5、随着轴压比的增加，构件的变形能力、耗能能力、承载能力逐渐减弱。
6、相同截面尺寸时，初始刚度和承载能力随着剪跨比的增加而减本。
7、随着腹板与翼缘刚度比的增加，构件的初始刚度和极限荷载变大，而对构件的极限位移和延性无明显影响。
参考文献(略)