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開縫作為一種新型的材料抗側力構件，在不需要強大加勁體系的前提下，使彎曲彈塑性變形主要集中在彎曲鏈杆的頂部和底部，從而實現延性耗能。

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通過兩片開縫薄鋼板牆低周反覆荷載試驗，系統地研究了開縫薄鋼板牆的破壞過程和破壞機理，得到了承載力，側移剛度，延性和耗能能力等指標。

概念

開縫是指石材安裝時相鄰板材接縫中未填充密封材料而呈現自然縫隙。與此同時，薄鋼板剪力牆以彎曲鏈杆為主要的耗能構件，試驗結果表明，開縫薄鋼板牆的承載力和側移剛度能滿足正常使用階段要求，當內填板的整體面外屈曲、縫間板條和邊緣加勁肋的彎扭屈曲不先於彎曲鏈杆的端部彎曲屈服時，開縫薄鋼板牆有很好的延性和耗能能力，是一種理想的水平抗側力構件。

開縫薄鋼板剪力牆低周反覆荷載試驗研究

作為一種有效的水平抗側力構件，鋼板剪力牆(以下簡稱SPSW)受到各國學者越來越多的關注。SPSW根據高厚比一般可分為薄板牆(高厚比λ≥250)和中厚板牆(高厚比λ<250)，一般來說薄板牆比厚板牆經濟。為了改進砼剪力牆的抗震性能，提出開縫剪力牆的概念。用有限元結合試驗最早研究42片開縫鋼板剪力牆，認為開縫鋼板剪力牆的剛度和強度可通過縫的長度、數量、間距、層數和牆板的尺寸等參數進行調整。在內填板上開設豎縫，通過彎曲鏈杆的彈塑性變形來消耗地震能量，構造合理的開縫SPSW可使彎曲彈塑性變形主要集中在彎曲鏈杆的端部，從而實現延性耗能。國內已有學者用有限元研究了開縫SPSW的性能，但試驗資料相當匱乏。試驗研究了兩片開縫薄SPSW，揭示了其在低周反覆荷載作用下的破壞過程和破壞機理，得到了側移剛度、承載力、延性和抗震性能等指標。試驗結果表明，合理設計的開縫薄SPSW的承載力和側移剛度可滿足正常使用階段的要求;當內填板的整體面外屈曲、彎曲鏈杆和邊緣加勁肋的彎扭屈曲不先於彎曲鏈杆端部的彎曲屈服時，開縫薄鋼板牆有很好的延性和耗能能力，開縫薄SPSW是一種理想的水平抗側力構件。 試驗簡介 （1）試件設計製作 為了更好的了解開縫薄SPSW的性能和受力機理，本文試驗研究了兩片開縫薄SPSW。根據相似理論和加載系統的能力，模型比例約為1:3，試件編號分別為HD1-1和HD1-2。試件框架跨度1200mm，高度1500mm，地梁截面HM440×300×11×18，框架柱截面HW150×150×7×10，梁截面HN300×150×6.5×9，內填板厚度3.5mm，SPSW高厚比，在內填板中部開設10條240mm×5mm的豎縫，縫間距60mm，縫間板條高寬比、寬厚比分別為4和17。在框架左柱右邊開設了300mm寬的通長洞口，邊緣用板80mm×3.5mm通長加勁。為方便施工，在框架梁、柱腹板中面焊接了60mm×6mm的連接板，內填板三邊搭接在連接板上，搭接長度為40mm，單面焊；另一邊與邊緣加勁肋連接，雙面焊；詳細尺寸見圖1。試件HD1-1與HD1-2幾何尺寸完全相同，HD1-1與HD1-2的板面外最大初始撓度分別為1.95mm和2.45mm。材性試驗是在WES液壓萬能試驗機上進行，試件中各種型鋼、鋼板均按現行國家標準留取材性樣品，並測定材料力學性能，如表1所示。 （2）加載裝置及測點布置 SPSW用4個地腳錨栓固定在試驗槽內，下部形成固支端，地梁的兩端用鋼錠固定在混凝土地板上以抵抗反覆水平力。反覆水平力採用懸臂式加載法，由1000kN的MTS往復作動器提供，作動器一端鉸接於試件左柱樑中心線高度，另一端與鋼筋混凝土反力牆連接。在梁的中心線位置設置側向支撐以防止梁的面外變形。框架柱的豎向荷載由兩個500kN同步油壓千斤頂提供，為保證豎向荷載不影響試件的水平方向側移，在千斤頂上部設置平面滾軸支座，加載裝置見圖2。SPSW邊框構件及邊加勁肋的變形、內填板的面外變形通過布置在試件上的位移計與百分表來測量，共設置7個位移計(用W表示)和5個百分表(用D表示)，具體布置見圖3。 （3）加載制度 豎向荷載：先在每柱柱頂同步施加400kN壓力，分兩級加載，每級200kN。第一級加載結束後檢查各儀表是否工作正常。在整個試驗過程中保持豎向荷載恆定，然後開始施加水平荷載。水平荷載：根據《建築試驗抗震方法規程》(JGJ101-96)，採用力和位移聯合控制加載。在試件屈服前，採用荷載增量控制，以100kN增量為一級，每級循環1次。在試件屈服後，採用位移增量控制，以屈服位移的倍數為各級荷載增量，每級循環3次。直到試件破壞。 破壞特點 兩個試件的破壞過程基本一致，破壞順序依次為：內填板屈曲，部分彎曲鏈杆端部屈服，縫間板條和邊緣加勁肋彎扭屈曲，邊框柱上、下端翼緣屈曲，開洞處梁翼緣屈曲，最終破壞為柱上、下端形成塑性鉸或柱面外失穩破壞。兩個試件的破壞機理基本相同，主要有以下特點： (1)先是次要構件內填板開始屈曲，屈服耗能，然後才是框架本身的破壞，破壞過程符合多道抗震設防的要求，安全儲備高。 (2)試件的破壞都不是在一個加載循環內完成的，屬穩定的延性破壞。 (3)內填板與連接板焊縫開裂不會顯著影響試件的整體工作性能，說明SPSW有很好的內力重分布能力。 (4)因板高厚比(λ=429)較大，邊緣加勁肋剛度有限，試件整體面外屈曲和邊緣加勁肋彎扭屈曲出現較早，彎曲鏈杆端部的塑性鉸未能充分發展，試件的延性和耗能能力沒有充分發揮。 (5)由於彎曲鏈杆的寬厚比較大，其彎扭屈曲先於全部的端部塑性鉸形成，試件的面外變形加大，承載力降低，彎曲鏈杆的延性和耗能能力沒有充分發揮。 滯回曲線 滯回曲線是構件在低周反覆荷載作用下作用力和位移之間的關係曲線，是結構抗震性能的綜合體現，也是結構彈塑性動力反應的主要依據，HD1-1，HD1-2的滯回曲線如圖4所示。兩個試件的滯回曲線有以下特點： (1)在內填板屈曲、屈服前，雖然有初始面外變形等影響，但力和位移基本呈線性關係，滯迴環包圍的面積很小，試件處於彈性工作狀態。 (2)內填板部分屈曲、屈服後，滯迴環開始張開呈曲線型，隨着加載位移的增加，部分彎曲鏈杆端部出現屈服，板面外屈曲變形加大，滯回曲線逐漸向位移軸傾斜，滯迴環包圍的面積不斷增大，剛度有所退化，試件進入彈塑性工作階段。 (3)在典型的位移控制階段，由於板高厚比、彎曲鏈杆的寬厚比較大，加勁肋的剛度有限，試件出現較大的整體面外變形、加勁肋和彎曲鏈杆的彎扭屈曲變形，承載力和剛度退化較明顯。 (4)所有試件的滯回曲線介於梭形和反S形之間，飽滿穩定，屬彎剪型破壞。主要原因可能是試驗中板的整體面外屈曲、邊緣加勁肋和彎曲鏈杆的彎扭屈曲出現較早，彎曲鏈杆在端部未能全部屈服形成塑性鉸。 (5)由於豎縫的存在和邊緣加勁肋剛度有限，開縫薄SPSW幾乎沒有形成斜拉力帶，這有別於一般的薄SPSW，試件主要靠彎曲鏈杆的彈塑性彎曲變形消耗地震能量。 研究結論 通過兩片開縫薄SPSW低周反覆荷載試驗，對試驗現象和試驗結果進行綜合分析，可以得到如下結論： (1)開縫薄SPSW將縫間板條轉換成一系列彎曲鏈杆，通過鏈杆的彎曲彈塑性變形來消耗地震能量，採用合理的構造措施可實現延性耗能。開縫薄SPSW是一種理想的水平抗側力構件。 (2)經合理設計開縫薄SPSW的承載力和側移剛度，可滿足正常使用階段的要求;其延性和抗震性能很好，可滿足較高地震區的抗震設防要求。 (3)開縫薄SPSW主要是通過鏈杆的彎曲彈塑性變形來消耗地震能量，因此保證板的整體面外屈曲、彎曲鏈杆和邊緣加勁肋的彎扭屈曲和彎曲鏈杆的端部撕裂不先於彎曲鏈杆的屈服，使彎曲彈塑性變形主要集中在鏈杆的頂部和底部，是發揮開縫薄SPSW的優越性的重要條件。 (4)為保證板的整體面外屈曲和邊緣加勁肋的彎扭屈曲不先於彎曲鏈杆的屈服，內填板應與周邊框架有效連接，且邊緣加勁肋應有一定的面內剛度。