換流站閥廳中T形型鋼混凝土剪力墻性能

余 濤，魏文暉，楊 超，馬中原

(1.中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，武漢 430071;2.武漢理工大學土木工程與建筑學院，武漢 430070)

隨著經濟的發展，我國的經濟和資源的不平衡的問題日益突出，電力輸送作為能源輸送的關鍵，更體現出其重要和必要性[1]。采用超、特高壓進行電力輸送，能極大的減小電力輸送過程中的損耗。在進行超高壓電力輸送的過程中，換流站閥廳是確保進行高壓輸電的關鍵，其主要裝置由換流變壓器和換流閥組成，需要設置在堅固、耐火的閥廳中，以保證輸電過程的順利進行[2]。

現階段的閥廳結構形式主要為鋼排架結構、混凝土框架和鋼框架-混凝土防火墻[3,4]。現有的研究表明：鋼排架的防火性能較差且造價較高；混凝土框架結構抗側能力較差，而鋼框架-混凝土防火墻整體造價和耐火性能均一般[3,4]。因此，將抗側及防火較好的型鋼混凝土結構引入換流站閥廳設計中，采用型鋼混凝土剪力墻(防火墻)結構，可以較好解決結構的抗側、耐火問題。該文介紹了新型T形型鋼混凝土剪力墻的性能，并對其在閥廳結構中的應用給出建議，以期改進閥廳結構的受力特征和抗側能力。

1 試驗的設計與分析

T形型鋼混凝土剪力墻，是一種結合了型鋼混凝土和短肢剪力墻的優點和特色的新型結構形式。型鋼混凝土結構在我國自20世紀80年代引入后，其優秀的性能使其廣泛地適用于新建的公用及民用建筑中，尤其是《組合結構設計規范(JGJ138—2016)》的頒布，更是促進了其蓬勃的發展，在廣州新電視塔、江蘇中洋豪生大酒店、長沙國際金融中心的主體結構中[5-7]，均可以見到其身影。短肢剪力墻因其對建筑功能的適應性和較小的自重，在部分建筑中獲得了一定的應用，但其延性和抗震性能一般是制約其發展的問題。在短肢剪力墻中增設型鋼，形成新型的型鋼混凝土剪力墻，能在保證使用的同時加強其力學及延性性能。將此新型結構應用于換流站閥廳中，將極大的改善現有結構體系的性能。

以某±800 kV換流站閥廳為中原有的短肢防火剪力墻為基礎(截面寬B=1 500 mm，截面高H=1 200 mm，墻厚b=300 mm，試件總高3 400 mm)，修改部分配筋并在局部增設型鋼，設計的截面尺寸、配筋及配鋼如圖1、圖2所示，詳細的信息參見表1。

表1 試件各截面尺寸、配筋及配鋼信息

試驗采用3組試件SRCW-1～3進行測試，表1中的底梁與加載梁與墻體整澆，墻體中鋼筋深入梁身進行錨固。完成試件的制作后，分別對混凝土、鋼筋及配鋼進行材料性能試驗。通過MTS伺服系統進行擬靜力的荷載和位移混合加載，考察其受力性能，其滯回曲線(以典型的SRCW-2為例)及3組試件的骨架曲線分別如圖3、圖4所示。

查看試件SRCW-2的滯回曲線，加載前期曲線形狀略細而窄，也有一定程度的局部壓縮，但整體較為飽滿，體現了顯示出構件較好的抗震性能，與設計中抗震能力一般的短肢剪力墻相比，有了長足的進步。骨架曲線剛度退化符合預期，顯示出良好的耗能能力，證明新型的型鋼混凝土剪力墻結構在不增加尺寸和剛度的同時，有了更加優異的力學性能。

2 有限元計算

在利用試驗對結構的抗震及延性進行分析，并獲得了初步結果后，利用有限元軟件進行建模分析，對結構的應力和裂縫的分布及影響參數，進行細化的分析。

以骨架曲線為例對有限元和試驗結果對比，以驗證模擬結果的準確，對比了從腹板和翼緣兩個方向上加載時的有限元模擬和試驗分析的結果，如圖5、圖6所示。

對比顯示，有限元與試驗結果較為契合，整體變化趨勢相同且幅值接近，有限元模擬結果準確度滿足要求。利用有限元模擬結果評估結構在破壞階段的內力及裂縫分布，如圖7、圖8所示。

由圖7所示的墻體應力分布，發現在破壞階段腹板與下部交接處的應力較大；而圖8顯示的開裂區域則集中于腹板與翼緣結合處，尤其是下部相交處，需要加強此區域內的材料強度并適當增加構造配筋，在保證強度的同時，防止局部開裂。進一步將型鋼混凝土剪力墻與鋼筋混凝土剪力墻承載力進行對比，并對不同軸壓比下承載力變化進行分析，見圖9、圖10。

圖9顯示在含鋼量與普通鋼筋混凝土結構相同時，型鋼混凝土的承載力有了較大提升；圖10中不同軸壓比下承載力對比則體現出，在軸壓比不超過0.4時，適當增加軸壓比可提高構件承載力，但隨著軸壓比進一步增加，其承載能力增加不明顯。

3 結論與建議

通過對T形型鋼混凝土剪力墻的試驗、有限元分析后顯示，此結構具有較好的抗震能力和延性性能，可作為換流站閥廳中重要的抗側構件使用，尤其適用于高烈度區和對防火要求較高的結構。

在含鋼量與一般鋼筋混凝土相同的情況下，T形型鋼混凝土剪力墻承載力有一定提升，可采用此類結構適時替代一般短肢剪力墻結構。該結構的破壞在腹板與翼緣交匯處較為明顯，實際設計中應增加此處構造鋼筋的設置，以防止局部開裂，并適當增加腹板與基礎連接處的材料性能。