內填鋼板墻的雙肢C型鋼框架是一種新型的框架結構體系，建立三層該類框架進行低周往復加載試驗，分析其破壞形態(tài)、模式及抗震性能，試驗結果表明：鋼板墻的屈曲起到了良好的耗能作用，內填鋼板墻可以提高雙肢C型鋼框架的承載力和剛度，層間位移角滿足抗震設計要求。在試驗的基礎上，考慮鋼板墻的高厚比、鋼板墻高寬比、框架柱剛度系數(shù)等參數(shù)，采用驗證后的有限元模型，分析各個參數(shù)下內填鋼板墻框架的抗震性能，得到了一定的參數(shù)設計建議。

　　冷彎薄壁型鋼自重輕、節(jié)能、環(huán)保，輕質高強，材料性能得到充分發(fā)揮，制作安裝方便，可以實現(xiàn)裝配式施工，具有良好的抗震性能[1]，當前已廣泛應用到房屋建筑結構中[2]。為了探究冷彎薄壁C型鋼結構的特性，國內外部分學者研究了冷彎薄壁C型鋼結構的力學性能、抗震性能[3]。國外學者 Lim和Nethercot[4―6]對冷彎C型鋼采用背靠背布置，并通過填板、螺栓相連接的屋脊和屋檐節(jié)點進行靜力性能和抗震性能的研究。Shahbazian和Wang[7]對計算高溫條件下冷彎薄壁C型鋼柱屈曲承載力的直接強度法進行了研究。Dundu[8]對冷彎C型鋼門式剛架提出了新的設計方法。Mohammed和Emad[9]對冷彎C型鋼梁的轉動性能進行了評價。國內學者黃川等[10]等建立了冷彎 C型鋼梁柱連接節(jié)點的 M-θ曲線，并對由自攻螺栓連接的該類型截面框架的受力狀態(tài)進行研究。彭雄等[11]運用有限元對冷彎薄壁C型鋼構件進行軸壓和循環(huán)荷載作用下的力學分析。陳明等[12―15]運用試驗和有限元模擬分析的方法對采用墊板連接的雙肢冷彎薄壁C型鋼節(jié)點和冷彎薄壁C型鋼框架的抗震性能進行了研究，給出了該類結構的性能指標。

　　冷彎薄壁C型鋼框架具有良好的抗震性能，但是抗側移剛度較小，為了提高冷彎薄壁C型鋼框架的抗側移能力，在該框架內填鋼板墻可提高該類框架的承載力和抗側剛度。目前對這種內填鋼板墻雙肢C型鋼框架(后簡稱鋼板墻框架)的研究較少，本文對2榀三層單跨雙肢冷彎薄壁C型鋼框架進行擬靜力試驗，以是否采用內填鋼板墻作為設計差異，對比試驗現(xiàn)象與結果，驗證內填鋼板墻的優(yōu)勢，建立了內填鋼板墻雙肢C型鋼框架有限元分析模型，并用試驗結果進行過驗證。考慮鋼板墻高厚比、鋼板墻高寬比、框架柱剛度系數(shù)等參數(shù)，分析各個參數(shù)下內填鋼板墻框架的抗震性能，為內填鋼板墻雙肢C型鋼框架提供參考。

　　1 鋼板墻框架抗震試驗

　　1.1 試驗框架設計

　　2榀三層單跨雙肢C型鋼框架(KJ-1和KJ-2)柱、梁分別采用雙肢 C220 mm×50 mm×20 mm×2.5 mm和雙肢C140 mm×50 mm×20 mm×2.5 mm截面，中間節(jié)點板為8 mm厚熱軋鋼板，KJ-1為空框架，KJ-2為鋼板墻框架，鋼板墻采用非加肋薄鋼板，全長、全高布置。試驗框架按 1∶4的縮尺比例設計，如圖1所示。

　　1.2 材料性能試驗

　　根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[16]的有關規(guī)定，對組成框架的梁、柱、節(jié)點板、底板進行材性測試，得到各材料的彈性模量、屈服強度、極限抗拉強度、泊松比等參數(shù)。材性測試所得材料物理力學指標如表1所示。

　　表1 材料性能試驗結果

　　圖1 框架尺寸 /mm

　　1.3 試驗加載裝置及加載制度

　　1.3.1 加載裝置

　　試驗水平荷載施加采用如圖2(a)所示的推拉千斤頂來施加，千斤頂兩端采用鉸接的方式與框架頂端和反力墻連接。在框架一層和二層梁中部兩側沿水平加載方向設置側向限位裝置，確保試件不會因為平面外剛度不足導致試驗失敗。按軸壓比0.3對應施加豎向荷載 10 kN，采用如圖 2(b)所示的定滑輪體系，可保證豎向荷載和柱頂?shù)淖杂伤揭苿油絒17]。框架柱底板由4個地腳螺栓把框架固定在混凝土地梁上。

　　1.3.2 加載制度

　　試驗采用荷載-位移混合加載方式[18]，施加水平荷載前，先在柱頂上施加 10 kN的豎向荷載，同時緩慢加載完成。水平荷載的施加在框架的豎向荷載加載穩(wěn)定后，開始對框架施加水平荷載。正式加載時先用10 kN加載步長力控制，每級循環(huán)1次，在框架屈服后用位移控制，位移加載步長是按框架屈服位移Δy來確定的，每級循環(huán)加載3次。當采集框架的荷載值降低到極限承載力的50%時停止試驗。

　　圖2 試驗加載裝置

　　1.4 內填鋼板墻框架破壞形態(tài)

　　為了試驗描述的方便，將框架的加載端定為左側，非加載端定為右側，將人與框架平行且左右對應站立時的前方稱為前，后方稱為后。

　　KJ-1加載初期框架沒有明顯的試驗現(xiàn)象，加載的過程中伴有輕微聲響。之后一層梁端腹板與翼緣交界處產(chǎn)生微小的局部變形如圖3(a)所示，一層、二層梁左右端腹板均出現(xiàn)鼓曲。隨著荷載的增加，一層梁左側前后兩肢下側翼緣出現(xiàn)變形，同時，右側柱腳前后兩肢出現(xiàn)開裂如圖3(b)。然后，框架柱左右柱腳嚴重變形。梁腹板發(fā)生鼓曲如圖3(c)，右側后肢梁翼緣發(fā)生變形。框架破壞過程符合“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱構件”的抗震設計要求。整體破壞如圖3(d)所示。

　　圖3 KJ-1破壞現(xiàn)象

　　KJ-2加載初期也沒有明顯的試驗現(xiàn)象，只是在推拉轉換的過程中伴有輕微的聲響。之后框架左右柱腳微弱張開，各層鋼板墻梁柱連接端附近出現(xiàn)微小的局部變形如圖4(a)。 

     隨著荷載的增加，一層右側梁端前后肢C型鋼腹板張開，一層、二層梁與柱螺栓連接線上形成多條拉力帶。然后，一層鋼板墻出現(xiàn)一條寬而通長的連接左右柱的拉力帶如圖4(b)。二層鋼板墻與梁、柱螺栓連接處屈曲變形嚴重，鋼板上呈現(xiàn)兩條拉力帶。框架左右柱腳出現(xiàn)明顯屈曲變形如圖4(c)，腹板局部屈曲嚴重。鋼板墻框架破壞過程鋼板墻形成了拉力帶，有效地耗散能量。整體破壞如圖4(d)所示。