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1、1带缝钢板剪力墙弹性稳定性分析曹志亮（北京赛博思工业化住宅集成系统工程有限公司，北京 100089）摘 要：介绍了一种新型的抗侧力构件带缝钢板剪力墙，利用有限元软件 ANSYS 模拟分析了各种参数对剪篱墙弹性屈曲荷载的影响，并在此基础上通过数学回归分析得出了带缝钢板剪力墙的弹性屈曲荷载计算公式。分析结果表明：剪力墙宽高比 B/H、剪力墙的高厚比 H/t、缝与剪力墙高度比 h/H 是影响剪力墙弹性屈曲荷载的重要参数；拟合公式与有限元分析结果非常吻合，可以满足工程精度的需要。关 键 词：带缝钢板剪力墙；弹性稳定性；有限元Elastic Stability analysis of steel she
2、ar wall with slitsCAO Zhi-liang(Beijing SBS Industrialization Housing Ltd, Beijing 100089 ,China )Abstract: Based on the previous research work done on slit shear wall, elastic Stability analysis of slit steel shear wall is done in this paper by using FEM Structure analysis programANSYS. The result
3、showed: width-to-height ratio B/H 、 height ratio of slit and plane and are the important parameters which influence elastic Stability analysis of slit steel shear wall .The formulate for elastic buckling load of slit steel shear wall with stiffener is proposed. Key words: steel shear wall with slits
4、; Elastic Stability; finite element method引言带缝钢板剪力墙作为建筑钢结构中的新型抗侧力构件，同钢筋混凝土剪力墙相比较，具有自重小、延性好、节省空间和施工速度快等优点。在地震区采用钢框架抗震墙结构比钢框架结构可大幅度降低用钢量。采用钢板剪力墙对现有建筑进行抗震加固。由于其自重很轻。往往可以不必对下部基础进行改造。从而节省投资和时间 1。带缝钢板剪力墙是指在钢板上用激光以一定的间距 b切割出高 h，宽 10mm 左右的一排或几排竖缝，通过合理的参数设计，保证具有一定刚度的前提下，不发生平面外失稳，不发生脆性剪切破坏，具有良好塑性、延性及耗能能力，近年来在
5、日本已经开始应用，但目前国内尚处于初步研发阶段。在前期理论分析和试验过程中发现在剪力墙尚未达到其屈服荷载之前就形成整体平面外失稳。我国高层建筑民用建筑钢结构技术规程 （JGJ9998）规定钢板剪力墙剪切弹性屈曲不先于剪切屈服，更何况由于钢板剪力墙的过早屈曲会导致缝间壁无法进入塑性状态，这样就无法发挥带缝钢板剪力墙的优势利用缝间壁形成塑性铰从而起到在地震作用下耗能的作用，因此本文应用有限元软件Ansys 对带缝钢板剪力墙的弹性稳定性作了分析。图 1 带缝钢板剪力墙示意图tbHB602H/t=150H/t=200H/t=250H/t=3000501001502000 0.5 1 1.5 2 2.5
6、B/H图 2 B/H 对剪力墙弹性稳定性影响1.B/H 对剪力墙弹性稳定性的影响在研究 B/H 对剪力墙弹性稳定性影响的过程中取加劲肋与剪力墙的面外刚度比 =30（ 为带缝钢板剪力墙与加劲肋的平面外刚度比，详见文献2） 、h/b=4、H/t=150、200、250、300，B/H=0.42.0 共 44 组模型进行分析。当 H/t 相同时随着 B/H 的增大，钢板剪力墙的弹性屈曲应力降低，当B/H1 时，下降趋势较明显，B/H=1 与B/H=0.4 时相比降低了 1.731.8 倍，随后下降曲线趋于平缓，当 B/H1.5 时，B/H 曲线的斜率几乎为零。随着 H/t 的增大，B/H 对剪力墙屈
7、曲应力的影响程度逐渐降低，总的来说，B/H 对带缝钢板剪力墙弹性屈曲应力的影响，基本上与对未开缝剪力墙一样，随着B/H 的增大剪力墙的弹性屈曲应力降低（图 2） 。 2.H/t 对剪力墙弹性稳定性的影响高厚比 H/t 对未开缝的剪力墙的弹性屈曲荷载起着决定性作用，按照板的高厚比的不同，可以分为厚板、薄板和薄膜 3 种，三种类型的板由于板内产生的横向剪力引起的剪切变形和弯曲变形所占比例的不同，有着不同的屈曲特征、屈曲后行为以及形成机构的破坏形式 3。在 B=0.5H、1.5H 两种情况下，H/ t=100400 的范围内，H/t 与剪力墙屈曲应力成反比，尤其在 100H/t 200 时，随着 H
8、/t 的增大 ，剪力墙的弹性屈曲应力急剧下降，当 H/t100 时，弹性屈曲应力的下降曲线趋于平缓（图 5a） ；而 H/tQcr/Qe（h/b=3）关系曲线（图 5b） ，也类似于 -H/t 关系，随着 H/t 的增大剪力墙的弹性稳定性也在变差，cr当 H/t100 时，Qcr/Qe5，显然剪力墙屈服先于屈曲；当 H/t250 时，Qcr/Qe30 时加劲肋的效果不再显著（尤其是 h/b3） 2，因此建议加劲肋按 =30进行设置，本文给出的公式也只适用于 =30 的情况，建议公式如下：（1）221HtEkcrcr式中：当 HB 时， 3)/(4.32)/(.1HBcr当 HB 时， 0)/(
9、8.22Bkcr为开缝参数对剪力墙弹性屈曲荷载的影响系数，详见（2） ；H=250tH=200tH=300t010203040500 5 10 15 20b/tcrcr(a) (B=0.5H) (b) (B=1.5H) 图 4 -b/t 关系曲线（B=1.5H）crH=300tH=250tH=200t0102030405060708090 0 5 10 15 20b/t0204060801000 0.1 0.2 0.3 0.4h/H（a） B=0.5Hcr010203040500 0.1 0.2 0.3 0.4h/H(b) B=1.5Hcr图 5 h/H 关系图cr4（2）由 3 分析可知：开
10、缝情况对剪力墙弹性屈曲荷载的影响主要由 h/H 和 B/H 决定，虽然缝间壁的宽度对剪力墙的弹性屈曲荷载也有一定的影响，但是与前两者相比可以忽略，本文通过数学回归分析得出了 的近似表达式，即： = ，其中 =1.6-Hh/10.6（B/H） ，图 9 为拟合公式与有限元分析结果的比较，比较范围为H/t=200300；B/H=0.51.5；b/t=5、10、15；h/b=37，共 66 组模型，公式（1）和有限元计算结果相比误差范围为 1%-9%，因此总体上拟合公式是比较准确和偏于安全的。5.结论本文应用有限元软件分析了开缝钢板剪力墙在设置端部竖向加劲肋的情况下的弹性稳图 7 拟合公式与有限元结
11、果比较5定问题，并在此基础上通过数学回归分析得出了开缝钢板剪力墙的弹性屈曲荷载的拟合公式，得出以下结论：（1）虽然开缝对剪力墙的弹性屈曲荷载有着一定的削弱，但开缝钢板剪力墙与未开缝的钢板剪力墙的的弹性屈曲变形特征基本相同，B/H 和 H/t 仍是影响带缝钢板剪力墙弹性屈曲荷载的最重要的因素。（2）B/H、H/t 和 h/H 是影响开缝剪力墙的弹性屈曲荷载的主要参数， b/t 较其他两者的影响可以忽略。（3）给出的设置加劲肋的带缝钢板剪力墙弹性屈曲荷载拟合公式，其适用范围为：B/H=0.51.5、H/t200300、b/t=515、h/b=37。参考文献1 苏磊. 带缝钢板剪力墙结构分析与试验研究D.武汉理工大学，20032蔡玉春、曹志亮.加劲肋对带缝钢板剪力墙稳定性的影响，中国钢结构产业J.2004 第六期3 Toko Hitaka and Chiaki Mastsui. Experimental of Study on Shear Wall with Slits.Journal of Structural EngineeringJ .2003(5)586-594.3 陈绍蕃.钢结构设计原理（第二版）M.北京，科学出版社，2001.4 陈骥 钢结构稳定理论与设计（第二版）M.北京，科学出版社，2003.作者简介：曹志亮（男）1979，硕士，结构工程
