高層剪力墻抗震理論發(fā)展
——從高強(qiáng)高剛到震后可恢復(fù)設(shè)計(jì)

王 威，任英子，蘇三慶，侯銘岳，王 鑫

(西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

隨著城市化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑越來(lái)越普遍，建筑高度逐年增高，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也隨之提高.剪力墻是世界各國(guó)高層建筑中廣泛使用的主要抗側(cè)力構(gòu)件之一，對(duì)高層建筑的耗能和抗震起著至關(guān)重要的作用.鋼筋混凝土剪力墻具有較高的水平和豎向承載力，應(yīng)用最為廣泛.但其墻體自重大，易開(kāi)裂，且破壞呈脆性.根據(jù)以往的地震經(jīng)驗(yàn)和研究表明，高層建筑底部的鋼筋混凝土剪力墻在大震作用下極易損壞[1]，最典型的破壞形式是剪力墻墻趾處混凝土的壓潰剝落和聯(lián)肢剪力墻連梁中鋼筋的屈曲或斷裂，如圖1所示，這些破壞通常難以修復(fù)，或者修復(fù)代價(jià)極高.因此，亟需研發(fā)一種新型剪力墻來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋混凝土剪力墻以提高剪力墻墻體的抗震性能.

圖1 剪力墻的典型破壞Fig.1 Typical failure of the shear wall

建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)已從最初的追求高強(qiáng)高剛，向剛?cè)岵?jì)的形式轉(zhuǎn)變.其理念可劃分為“抗”、“消”、“隔”三種形式[2].“抗”即從改善結(jié)構(gòu)自身抗震性能著手，開(kāi)發(fā)高性能結(jié)構(gòu)材料，結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)體系等；“消”即利用結(jié)構(gòu)抗震控制思想，在結(jié)構(gòu)中加入消能元件幫助結(jié)構(gòu)消耗地震能量；“隔”即將地震動(dòng)作用與建筑物通過(guò)隔震層部分隔離開(kāi)來(lái)，從而減小輸入建筑物的地震動(dòng)加速度，減小建筑物的破壞.這些理念逐漸發(fā)展成為剪力墻的抗震設(shè)計(jì)依據(jù).

1 鋼板剪力墻

鋼板剪力墻(SPSW)是將鋼板連接到梁和柱組成的框架內(nèi)形成的一種剪力墻[3].由于具有輕質(zhì)、延性好、強(qiáng)度和剛度高等優(yōu)點(diǎn)，鋼板剪力墻引起了國(guó)內(nèi)外工程界的廣泛關(guān)注[4].

2011年Berman設(shè)計(jì)了一系列不同尺寸的平鋼板剪力墻，并利用非線性分析對(duì)其在不同等級(jí)地震動(dòng)下的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)：腹板相對(duì)于整體剪力墻的層間抗剪率在60%～80%之間，層間剪力的分布與剪力墻的高寬比無(wú)關(guān)，但受各層板厚過(guò)渡的影響[5]；2017年P(guān)avi等比較了不同截面尺寸和長(zhǎng)度的連梁的耦合平鋼板剪力墻的性能特點(diǎn)，并發(fā)現(xiàn)：剪力墻的抗剪性能和耗能能力隨連梁長(zhǎng)度的增加而增大[6].

根據(jù)鋼板剪力墻技術(shù)規(guī)程(JGJT 380-2015)，平鋼板剪力墻的抗剪承載力公式[7]如下式所示：

V=0.42ftwLe

(1)

其中f為鋼板的抗拉強(qiáng)度，tw為鋼板剪力墻的厚度，Le為鋼板剪力墻的凈跨度.

由于平鋼板剪力墻在受力過(guò)程中變形較大，且承受豎向荷載的能力較差，容易平面外失穩(wěn)，而波形鋼板剪力墻能較好的克服這一缺點(diǎn)，近些年對(duì)波形鋼板剪力墻的研究越來(lái)越多.2017年趙秋紅等人對(duì)平鋼板剪力墻和不同類型的波形鋼板剪力墻進(jìn)行了非線性分析，結(jié)果表明：深波紋的波形鋼板剪力墻具有較高的側(cè)向剛度、側(cè)向強(qiáng)度和耗能能力，淺波紋的波形鋼板剪力墻具有較高的側(cè)向剛度和延展性，但其側(cè)向強(qiáng)度低于平鋼板剪力墻[8]；Hosseinzadeh等[9]研究了梯形波形鋼板波角的變化對(duì)波形鋼板剪力墻的影響，研究發(fā)現(xiàn)：波形鋼板剪力墻耗能良好，其極限強(qiáng)度、彈性剛度和耗能能力隨著波角增大而減小.

2 鋼 - 混凝土組合剪力墻

鋼 - 混凝土組合剪力墻可分為型鋼混凝土剪力墻、鋼板混凝土剪力墻和帶鋼斜撐混凝土剪力墻三種，其截面分別如圖2，圖3和圖4所示，一般，組合剪力墻比鋼筋混凝土剪力墻更薄，而且由于其簡(jiǎn)單的構(gòu)造，可以快速施工，其中以鋼板混凝土剪力墻研究最多.

圖2 型鋼混凝土剪力墻Fig.2 Shape wteel concrete shear wall

組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JGJ138-2016)提出了典型的型鋼混凝土組合剪力墻、鋼板混凝土組合剪力墻和帶鋼斜撐混凝土剪力墻的抗剪承載力計(jì)算公式[10]，分別為公式(2)、(3)、(4).

(2)

(3)

(4)

鋼板混凝土組合剪力墻是將鋼板內(nèi)嵌或外包在混凝土墻體中形成的一種組合結(jié)構(gòu)，可分為內(nèi)嵌鋼板混凝土剪力墻(見(jiàn)圖3(a))和外包鋼板混凝土剪力墻(見(jiàn)圖3(b))兩種.它充分發(fā)揮了鋼與混凝土兩種材料的各自優(yōu)勢(shì)[11-16]，在地震作用下具有較高的承載力、剛度及良好的延性和耗能能力.

內(nèi)嵌鋼板混凝土組合剪力墻中，混凝土和鋼板共同抵抗水平和豎向荷載.混凝土可以為鋼板提供支撐，從而抑制了鋼板的面外變形，防止鋼板早期屈曲和剪力墻整體屈曲，提高了屈曲荷載.2015年董紅英等研究了一種由鋼管混凝土邊柱、鋼筋混凝土中柱、鋼板深梁、鋼筋混凝土混凝土墻和消能帶組成的鋼 - 混凝土多級(jí)耗能組合剪力墻，如圖5所示.研究發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土柱、鋼板深梁、混凝土墻和消能帶協(xié)同耗能性良好[17]；2018年王威等對(duì)16個(gè)約束邊緣構(gòu)件為槽鋼的內(nèi)嵌鋼板混凝土組合剪力墻(見(jiàn)圖6)和3個(gè)傳統(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻進(jìn)行循環(huán)加載試驗(yàn)，研究了不同變寬比、墻厚、鋼板厚度、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等對(duì)鋼板混凝土組合剪力墻抗震性能的影響，結(jié)合大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范提出了約束邊緣構(gòu)件柱為角鋼的內(nèi)嵌鋼板混凝土組合剪力墻的抗剪承載力計(jì)算公式[18]，即：

(5)

圖3 鋼板混凝土組合剪力墻Fig.3 Steel plate concrete composite shear walls

圖4 帶鋼斜撐混凝土剪力墻Fig.4 Steel concealed bracing concrete composite shear walls

外包鋼板混凝土組合剪力墻中，鋼板在施工過(guò)程中可以作為混凝土填料的模板，可以延緩混凝土裂縫的出現(xiàn)；混凝土墻芯通過(guò)連接件和鋼板相連，可以防止鋼板的屈曲.通常這種組合剪力墻安裝在鋼框架結(jié)構(gòu)中，用來(lái)抵抗橫向荷載.聶建國(guó)等對(duì)雙鋼板混凝土組合剪力墻的有效剛度進(jìn)行了分析研究，提出了一種平面組合桁架模型，并基于此推導(dǎo)出了組合剪力墻有效剪力剛度的計(jì)算公式[2]；Hossain[19-20]和Rafieiet等[21-22]研究了雙波紋鋼板復(fù)合剪力墻的抗震性能.研究發(fā)現(xiàn)：對(duì)該復(fù)合剪力墻來(lái)說(shuō)，相比提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，提高鋼板的屈服強(qiáng)度更能提高復(fù)合剪力墻的抗剪承載力.

圖5 鋼 - 混凝土多級(jí)耗能組合剪力墻[17]Fig.5 Steel-concrete multienergy dissipation composite shear walls

圖6 約束邊緣構(gòu)件柱為槽鋼的內(nèi)嵌鋼板混凝土組合剪力墻[18]Fig.6 Steel plate reinforced concrete shear wall with channel steels restrained edge member columns

3 震后可恢復(fù)功能剪力墻

上述剪力墻都是從“抗”的角度出發(fā)，即提高自身強(qiáng)度，剛度等.按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑，雖然在地震期間從對(duì)人員安全的角度來(lái)看表現(xiàn)良好，但其造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響仍然很大.所以，如何使剪力墻在地震中損傷較小，震后快速恢復(fù)功能，已成為目前最為熱門且值得繼續(xù)探索的方向.2009年，美國(guó)和日本學(xué)者在NEES/E-Defense美日地震工程第二階段合作研究計(jì)劃會(huì)議上，首次提出了“可恢復(fù)功能城市”(Resilient City)的概念，將其作為地震工程合作的大方向[2].可恢復(fù)功能抗震結(jié)構(gòu)(Earthquake Resilient Structure)是指地震后不需修復(fù)或者稍加修復(fù)就可恢復(fù)使用功能的結(jié)構(gòu)[23]，目前主要有帶可更換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、自復(fù)位結(jié)構(gòu)、搖擺結(jié)構(gòu)3種形式.將結(jié)構(gòu)某部位強(qiáng)度削弱，或在該部位設(shè)置延性耗能構(gòu)件，將削弱部位或耗能構(gòu)件設(shè)置為可更換構(gòu)件，并與主體結(jié)構(gòu)通過(guò)方便拆卸的裝置連接，即為帶有可更換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系[24].放松結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或構(gòu)件間約束，使結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)或構(gòu)件間接觸面處僅有受壓能力而無(wú)受拉能力，則結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生搖擺，通過(guò)自重或預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)復(fù)位，即形成搖擺及自復(fù)位結(jié)構(gòu)[2].可恢復(fù)功能抗震結(jié)構(gòu)的研究受到了世界各國(guó)工程界的廣泛關(guān)注，目前已成為地震工程領(lǐng)域新的研究方向，剪力墻也相應(yīng)的向帶可更換構(gòu)件的剪力墻、自復(fù)位剪力墻、搖擺剪力墻發(fā)展.

3.1 可更換剪力墻

對(duì)可更換剪力墻的研究主要集中在連梁和墻趾處設(shè)置可更換的耗能構(gòu)件上.2007年Fortney等人提出了一種創(chuàng)新的帶“保險(xiǎn)絲”的鋼連梁[25]，鋼連梁由三部分組成：中間的部分削弱腹板的厚度作為保險(xiǎn)絲，兩邊部分通過(guò)端板與中間部分用高強(qiáng)螺栓相連，如圖7所示.這為鋼連梁在損傷后快速修復(fù)和減少造價(jià)提供了新思路.可更換連梁的設(shè)計(jì)思想是：通過(guò)削弱跨中截面構(gòu)件形成保險(xiǎn)絲，將非彈性破壞集中在可更換的保險(xiǎn)絲上，使墻肢和連梁與墻肢連接部分保持無(wú)損.

圖7 帶“保險(xiǎn)絲”的鋼連梁[26]Fig.7 Replaceable “fuse” steel coupling beam

目前，不少學(xué)者研究了各種可更換構(gòu)件對(duì)連梁的影響，2013年呂西林等設(shè)計(jì)了三種不同類型的可更換連梁“保險(xiǎn)絲”耗能構(gòu)件(見(jiàn)圖8)，對(duì)可更換連梁進(jìn)行了性能試驗(yàn)[26].研究結(jié)果表明：(a)型“保險(xiǎn)絲”可適用于剪切變形較小的連梁，能夠充分發(fā)揮其剪切變形較小，耗能能力較強(qiáng)的特點(diǎn)；(b)型“保險(xiǎn)絲”的綜合性能最優(yōu)，因此適用范圍較廣；(c)型“保險(xiǎn)絲”可應(yīng)用于跨高比較大的可更換連梁，并可以設(shè)計(jì)成彎曲屈服型可更換連梁.實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)型式、不同的連梁跨度進(jìn)行優(yōu)選，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì).除此之外，2014年，呂西林等對(duì)帶可更換連梁的雙肢剪力墻抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究[27]；2015年，紀(jì)曉東[28]等對(duì)可更換鋼連梁抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究；陳云等[29-30]對(duì)帶可更換連梁的超高層結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了模擬分析；2016年，邵鐵峰等[31]對(duì)采用耗能角鋼連接的連梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，如圖9所示；2017年，呂西林等[32]對(duì)設(shè)置可更換連梁的雙筒體混凝土結(jié)構(gòu)中的可更換連梁的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究均發(fā)現(xiàn)可更換連梁能夠?qū)⑵茐募杏诳筛鼡Q構(gòu)件上，通過(guò)可更換構(gòu)件耗能并集中塑性變形，而兩端非屈服段連接梁保持彈性.同時(shí)，可更換連梁的設(shè)置減小了墻根部的應(yīng)變反應(yīng).

圖8 “保險(xiǎn)絲”耗能構(gòu)件[27]Fig.8 Fuse installed at the mid-span of replaceable coupling beam

圖9 采用耗能角鋼連接的連梁[32]Fig.9 Steel H-beams with replaceable energy dissipation angle

目前，對(duì)于剪力墻的可更換研究主要集中在在墻趾處設(shè)置可更換構(gòu)件，通過(guò)將剪力墻墻腳易破壞的鋼筋混凝土區(qū)域替換以耗能構(gòu)件，保護(hù)剪力墻其余部位不受破壞.2010年，Ozaki等提出了一種用于低層住宅單元的可更換耗能鋼阻尼器的搖擺鋼剪力墻體系，如圖10所示，該體系將阻尼器置于連接地腳螺栓和鋼板墻的折疊鋼板墻中，使大部分地震能量可以通過(guò)阻尼器塑性變形來(lái)消散.通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證了所研制的阻尼器具有較高的耗能能力和抗震性能，強(qiáng)震后可更換受損阻尼器以快速恢復(fù)其使用功能，提高了建筑體系的可持續(xù)性[33-34]；2011年，呂西林和毛苑君[1,35-36]提出了一種帶有可更換墻腳構(gòu)件的鋼筋混凝土剪力墻，構(gòu)造如圖11所示，腳部支座采用疊層橡膠附加兩側(cè)軟鋼板組合而成，疊層橡膠承擔(dān)壓力，軟鋼板承受傾覆力矩下的拉力，通過(guò)連接板與上部混凝土墻和下部基礎(chǔ)連接.研究表明：帶可更換腳部構(gòu)件的剪力墻的水平承載能力比普通剪力墻略低，變形能力是普通剪力墻的2倍，耗能能力在屈服點(diǎn)時(shí)明顯比普通墻的高，后期耗能能力沒(méi)有明顯提高的原因主要與結(jié)構(gòu)本身的塑形變形和可更換耗能構(gòu)件的變形能力不夠有關(guān)；2016年，劉其周、蔣歡軍提出了一種新型的可更換墻腳構(gòu)件[37]，如圖12所示.上下連接端板中間是可更換墻腳部件主體部分，包括防屈曲軟鋼內(nèi)芯、鋼管混凝土及預(yù)緊自填充單元，并在剪力墻的下部設(shè)置鋼板加強(qiáng)區(qū).通過(guò)有限元軟件分析發(fā)現(xiàn)：新型剪力墻耗能良好，附加的鋼板有利于結(jié)構(gòu)保持足夠的剛度及承載力；2017年，蔣歡軍等又提出了一種新型的可更換耗能構(gòu)件[38]，如圖13所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，帶有可更換墻角的新型剪力墻的承載力、延性和耗能能力均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)剪力墻，且其破壞主要集中在可更換構(gòu)件上.

圖10 可更換耗能鋼阻尼器的鋼板剪力墻[33]Fig.10 Damage-control systems using replaceable energy-dissipating steel fuses for cold-formed steel structures

圖11 帶可更換疊層橡膠阻尼器的鋼筋混凝土剪力墻[1,35-36]Fig.11 Shear wall with replaceable rubber foot member

圖12 帶可更換墻腳構(gòu)件的剪力墻[37]Fig.12 Reinforced concrete shear wall with replaceable corner components

圖13 可更換墻腳耗能構(gòu)件[38]Fig.13 Rplaceable corner component

3.2 搖擺剪力墻

1963年，美國(guó)加利福尼亞工業(yè)大學(xué)的Housner[39]發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了一處基礎(chǔ)弱化的高位水槽，由于在地震作用中發(fā)生搖擺而在1960年智利地震中未遭受破壞.隨后他用搖擺質(zhì)量塊模型(見(jiàn)圖14)，通過(guò)驗(yàn)算抗傾覆力證明：搖擺結(jié)構(gòu)在地震作用下的穩(wěn)定性要好于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu).由此，將該物理模型引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念中：將基礎(chǔ)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的約束放松，使基礎(chǔ)只抗壓而不約束上部結(jié)構(gòu)抬升，由于結(jié)構(gòu)抗傾覆力矩的作用，結(jié)構(gòu)抬升后回位，在保證上部結(jié)構(gòu)剛性的前提下，通過(guò)反復(fù)抬升與回位耗散地震輸入的能量.

圖14 搖擺力學(xué)模型[39]Fig.14 Rocking mechanics model

2001年搖擺剪力墻第一次應(yīng)用于實(shí)際工程，應(yīng)用于美國(guó)伯克利市一棟14層建筑的改造項(xiàng)目中；2009年，Wada等[40]在對(duì)東京工業(yè)大學(xué)津田校區(qū)一棟建筑的修復(fù)加固項(xiàng)目中也采用了搖擺墻與阻尼器聯(lián)合的方案.結(jié)果表明，該加固方案可明顯降低地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng).近些年，搖擺剪力墻研究的主要是損傷控制與更換領(lǐng)域.

在中國(guó)大陸，對(duì)搖擺墻的研究始于幾年前，主要集中在計(jì)算模擬上.2011年，曲哲和葉列平[41]研究了搖擺墻 - 框架體系損傷機(jī)制的控制原理和效果，提出了一種實(shí)用的搖擺墻剛度估算方法，并發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)整體抗震性能提高；2011年曹萬(wàn)林等[42]人用ABAQUS軟件和Pusover分析對(duì)搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了研究.推覆分析結(jié)果表明，加搖擺墻后，整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力和延性都有了明顯的提高，層間位移分布更加均勻；2012年曹海韻[43]等人提出了一種新的搖擺墻墻底連接構(gòu)造，如圖15所示，通過(guò)一系列準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)研究了新型連接構(gòu)造的性能.試驗(yàn)結(jié)果表明，新的連接方式能讓層間位移分布更均勻；2013年裴星洙等[44]采用靜力和動(dòng)力彈塑性分析方法，對(duì)10層搖擺墻框架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和框架剪力墻的抗震性能進(jìn)行了對(duì)比分析.計(jì)算結(jié)果表明，搖壁式框架結(jié)構(gòu)的層間位移比較均勻，在搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中更容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁結(jié)構(gòu)；2015年，張富文[45]等對(duì)搖擺墻體與框架及搖擺墻與基礎(chǔ)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了可更換設(shè)計(jì)，試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)的框架—搖擺墻承載性能和耗能能力提高，各層的層間位移趨向均勻，且能夠?qū)⑹Р课辉O(shè)定在預(yù)期構(gòu)件上，有助于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)震后的可恢復(fù)性.

圖15 搖擺墻墻底連接構(gòu)造[43]Fig.15 Construction details of the bottom of rocking wall

3.3 自復(fù)位剪力墻

1999年，Kurama[46]提出了一種自復(fù)位剪力墻，如圖16所示，它由鋼筋混凝土剪力墻與內(nèi)置豎向無(wú)粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成，墻體與基礎(chǔ)的約束被放松，為防止剪力墻墻趾處塑性集中區(qū)域破壞，在墻趾處對(duì)混凝土用螺旋筋約束，由墻體自重及預(yù)應(yīng)力鋼絞線提供恢復(fù)力，這種自復(fù)位剪力墻在較大側(cè)向變形時(shí)幾乎沒(méi)有破壞，具有很好的變形能力.Kurama[47]和Restrepo[48]在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別加裝了粘滯阻尼器(見(jiàn)圖17)和軟鋼阻尼器(見(jiàn)圖18)，墻體變形時(shí)，阻尼器可以增強(qiáng)墻體的耗能能力.

圖16 自復(fù)位剪力墻[46]Fig.16 Self-centering shear wall

圖17 帶粘滯阻尼器的自復(fù)位剪力墻[47]Fig.17 Self-centering shear wall with viscous damper

自復(fù)位剪力墻的墻體底部與基礎(chǔ)間無(wú)豎向鋼筋貫通，而采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋將墻體與基礎(chǔ)相連接[49]，自復(fù)位剪力墻與搖擺剪力墻的區(qū)別在于：搖擺剪力墻由重力的抗傾覆力矩提供恢復(fù)力，而自復(fù)位剪力墻通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼絞線提供恢復(fù)力.我國(guó)國(guó)內(nèi)學(xué)者在2010年以后，開(kāi)始了自復(fù)位剪力墻的研究，主要集中在數(shù)值分析上；2010年，陳適才[50]等通過(guò)有限元軟件分析了底部開(kāi)縫自復(fù)位剪力墻的力學(xué)性能；2014年，黨像梁[49,51-53]等通過(guò)試驗(yàn)和有限元軟件分析了自復(fù)位預(yù)應(yīng)力剪力墻抗震性能；2016年吳浩等[54]在自復(fù)位剪力墻根部中間位置布置若干普通鋼筋以增加墻體耗能性，如圖19所示.這些對(duì)自復(fù)位剪力墻的研究發(fā)現(xiàn)：此種剪力墻變形能力較強(qiáng)，非線性變形集中在墻根部接縫處，墻體損傷和殘余變形很小，且具有一定的耗能能力.

圖18 帶軟鋼阻尼器的自復(fù)位剪力墻[48]Fig.18 Self-centering shear wall with mild steel damper

圖19 自復(fù)位剪力墻的變形模式[54]Fig.19 Deformation mode of self-centering shear wall

近幾年，自復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn)方式正朝向多種耗能原理同時(shí)應(yīng)用的趨勢(shì)發(fā)展.2015年，Khanmohammadi等[55]研究了一種綜合耗能減震裝置和恢復(fù)力系統(tǒng)(見(jiàn)圖20)來(lái)限制地震力對(duì)結(jié)構(gòu)影響的自復(fù)位墻的抗震性能；2017年，Twigden等[56]對(duì)帶耗能系統(tǒng)的自復(fù)位墻進(jìn)行了循環(huán)加載試驗(yàn)研究，結(jié)果表明墻壁底部損傷微弱，加入耗能裝置后自復(fù)位剪力墻的性能更好.

圖20 帶耗能波紋管的自復(fù)位剪力墻[55]Fig.20 Reinforced concrete shear wall using multiple rocking systems

4 結(jié)論

剪力墻是高層建筑結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件，隨著高層、超高層建筑高度的增加以及建筑功能需求的不斷提高，對(duì)剪力墻性能的要求也隨之提高.剪力墻的抗震設(shè)計(jì)目前在追求“抗耗相協(xié)”的綜合抗震，“抗”即在弱風(fēng)振和小地震作用下抗震結(jié)構(gòu)能為建筑主體提供額外的附加剛度來(lái)抵抗外部荷載的作用，保持主體結(jié)構(gòu)的完整性，避免結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)大的內(nèi)部損傷；“耗”即在強(qiáng)風(fēng)振和大地震的作用下，抗震結(jié)構(gòu)能通過(guò)局部耗能，使結(jié)構(gòu)主體在強(qiáng)風(fēng)振和大地震中不至于被嚴(yán)重破壞甚至倒塌.提高剪力墻的抗震和可恢復(fù)功能的能力，除了傳統(tǒng)的提高剪力墻的強(qiáng)度和剛度，減少地震破壞外，還可利用消能減震技術(shù)，設(shè)計(jì)出更加耗能，可快速恢復(fù)使用的新型抗震剪力墻.剪力墻的抗震設(shè)計(jì)理念還在不斷進(jìn)步，今后還可在以下方面開(kāi)展進(jìn)一步的研究工作：

(1)為了使剪力墻具有更好的抗震性能，可以研究更高性能的材料，也可將可更換，自復(fù)位、搖擺剪力墻技術(shù)綜合使用，即提出更有利于結(jié)構(gòu)抗震的新型多級(jí)耗能剪力墻.

(2)采用可更換、自復(fù)位和搖擺剪力墻時(shí)，剪力墻墻趾部位的強(qiáng)度和剛度突變及搖擺幅值的控制需要進(jìn)一步考慮.

(3)新型抗震剪力墻的形式各樣，對(duì)新型抗震剪力墻的精確的數(shù)值模擬計(jì)算有待統(tǒng)一.

(4)為了便于新型抗震剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和推廣使用，需要對(duì)各類新型抗震剪力墻的施工方法、構(gòu)造設(shè)計(jì)和承載力計(jì)算等研究出成文的規(guī)范.