波形钢板剪力墙失稳机理及设计理论研究

Corrugated steel plate shear walls have been developed as a new lateral load-resisting system with excellent load-carrying and energy dissipation capacity. The shear stability of the infill panel is significantly enhanced by corrugations, resulting in the shear yielding lateral load-resisting mechanism. However, since the structural behavior and load-bearing mechanism of corrugated steel plate shear walls are complicated, the investigations are lacking worldwide, without calculation theory proposed for practical design. This research is to conduct a fully study on the structural behavior and design theory of corrugated steel plate shear walls by employing theoretical and experimental approaches: (1) to reveal the structural mechanics of load-resisting, energy dissipation and failure mode, and propose the optimization design theory for key structural performance indexes. (2) to study the interaction and load distribution between the infill panel and the surrounding frame, and form the theory for the frame member design and the performance-based seismic design method for corrugated steel plate shear wall system. (3) then the simplified equivalent analytical models are proposed, for structural computing by engineers in high-rise buildings. The research will contribute to the development and application of corrugated steel plate shear walls.

波形钢板剪力墙结构作为新型抗侧力体系，墙板通过波折显著提高了抗剪屈曲荷载，具有受剪屈服的抗侧机制，合理设计下拥有比平钢板墙更为优越的受力性能，具有广阔应用前景。然而波形钢板剪力墙的受力机理复杂、影响因素众多，与普通平钢板墙的拉力带机制存在巨大差异。国内外研究刚刚起步，尚未提出相关设计计算方法，制约着此新型高效结构的推广和应用。本项目将通过系统的理论分析与试验研究：（1）明确波形墙板的抗侧、耗能及失效机制，提出其性能指标的计算理论及优化设计原则；（2）揭示墙板与框架的传力规律及相互作用关系，建立边缘框架构件的设计理论和剪力墙结构整体抗震设计方法；（3）在此基础上提出波形钢板剪力墙的等代分析模型。研究成果将为波形钢板剪力墙的设计和应用提供理论依据。

波形钢板剪力墙结构合理设计下具有优越的受力性能，目前已在多个工程结构中应用。但由于其稳定特性、抗侧机理复杂，影响因素众多，因此现有研究尚未提出实用的墙板稳定和优化理论以及结构体系的抗震设计方法，造成了实际工程中无章可循的问题。本项目旨在通过系统的理论、数值和试验研究，形成系列计算理论和设计方法及建议，促进波形钢板剪力墙结构的理论发展和工程应用。.本项目主要开展了以下研究工作：（1）针对波形内嵌墙板，修正了波形墙板的面外弯曲刚度计算式，推导得到了更为准确的剪切屈曲应力公式；纠正了以往研究的不足，重点关注波形内嵌墙板的屈曲后承载力和延性性能，定义了抗侧性能指标并揭示了墙板的抗侧机理；首次提出了墙板实用优化设计方法，使得墙板选型有章可循。（2）针对波形钢板剪力墙结构体系，开展了系列试验研究，提出了边缘框架的门槛刚度要求，明确了板框相互作用机制及框架内力计算方法；掌握了双重抗侧力体系的剪力分配和屈服机制，提出了基于性能的体系抗震设计流程方法；对两边连接竖放波折钢板墙结构进行了系统研究，揭示了其优越的受力性能。（3）首次提出了平钢板与波折钢板组合形成的新型装配式剪力墙，包括装配式梁柱节点，拓展了波折钢板墙的应用范围；首次提出了网格强化波折钢板剪力墙结构，明确了其受力原理，给出了临界肋板刚度比取值方法。.通过上述研究，本项目提出的波形墙板优化选型设计和基于性能的结构体系抗震设计方法，填补了之前研究的不足；同时部分成果为中国工程建设标准化协会标准《波形钢板结构技术规程》（T/CECS xxx-2022）提供了依据，这为推动波形钢板剪力墙结构的工程实践提供了重要依据。