波形钢板是指将平钢板通过冷压或热轧成梯形、正弦波形或三角形的钢板件。波形钢板目前运用于波形腹板组合构件、波形腹板工字形截面构件、波浪腹板钢拱、波形钢板剪力墙等结构中。波形腹板工字形截面构件是由普通焊接工字型截面构件改进形成的，目前已运用于德国、澳大利亚、奥地利等国家的门式刚架和多层轻型房屋等钢结构工程中［92］。

波形腹板工字形构件已成功运用在桥梁结构中，如图3.1（a）所示。将波形钢板作为箱梁的腹板，充分利用了波形腹板优越的抗剪性。此外，由于沿波形钢板轴向的压缩刚度几乎为零，所以在桥面施加预应力时，可以释放预应力在腹板中产生的轴力，有效地发挥预应力的作用。波形腹板工形构件还运用在框架结构当中，如图3.1（b）所示。框架梁与框架柱采用刚接连接，根据抗震规范要求，在结构破坏时首先会形成梁铰机制，如果将梁的腹板用波形钢板代替，可使梁端充分发挥其塑性变形能力。此外，波形钢板还应用于组合楼板、桥涵隧道等结构中，如图3.1（c）、图3.1（d）所示。利用波形钢板的较大平面外刚度，将其设置在钢筋混凝土楼板下形成波形钢板-混凝土组合楼板，可当作楼板的施工模板，有效地减小楼板的厚度，从而减小结构自重。此外，还可以将波形钢板应用在桥涵隧道中，有效地抵抗上部土压力，保证结构的承载能力以及稳定性；波形钢板可以预制，铺设速度快，可以有效地缩短工期。

图3.1　波形钢板在实际工程中的应用

波形腹板工形构件是钢结构中使用波形钢板最多的结构构件形式之一。传统的平腹板工形构件，腹板的高厚比小，不够经济，腹板的高厚比较大时，腹板易发生局部屈曲和整体失稳，试件在加工制作、运输和现场安装过程中容易产生较大的变形，使试件安装时控制难度较大。因此，现行规范CECS102：2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》［93］规定，平腹板的高厚比不应大于250，防止由于腹板刚度不足给加工制作、运输、安装等带来不便。

为了克服平腹板工形构件存在的上述问题，最早在国外开始出现梯形波形腹板工形构件和波形腹板构件，波形腹板具有较大的面外刚度和扭转刚度，即便腹板的高厚比超过规范规定的250限值，构件仍能满足相关计算要求。相关研究表明［94］：波形钢板可以在很大程度上提高工形构件的抗剪性能，且其抗剪屈曲荷载可以达到平腹板工形构件几倍甚至几十倍。

1996年，Elgaay等［95］学者通过对波形腹板构件的拟静力试验研究和数值模拟，得出结论：波形腹板的剪切性能受局部屈曲还是整体屈曲控制，完全由波形钢板波折形态决定。此外，还提出了波形钢板剪切弹性屈曲临界应力公式。

2009年，Yi，Moon等［96-97］对波形腹板相关屈曲进行了深入的研究，并指出相关屈曲不考虑材料非线性和材料的屈服强度，同时提出波形钢板相关屈曲承载力计算公式，并通过其他学者试验数据得到验证。

2014年，Tong Guo和Richard Sause等［98］对采用波形钢腹板的梁进行了局部弹性屈曲系数计算方法及波段高宽比、宽厚比等影响因素的研究。

近年来，清华大学郭彦林等［99］对波形腹板在弯矩、剪力以及轴力作用下的力学性能进行了研究，并提出相关公式，分别建立了波形腹板在平面内和平面外稳定承载力设计公式，通过改变构件几何参数并考虑试件初始缺陷的影响，验证了公式的可靠性。

波形钢板剪力墙是基于平钢板剪力墙发展起来的一种新型抗侧力构件，具有较高的平面外刚度以及整体稳定性，波形钢板剪力墙的提出，可以有效地解决平钢板平面外刚度较低等问题，提高结构的强度、刚度以及稳定性。

2005年，美国布法罗大学的Berman和Bruneau等对波形钢板剪力墙进行了试验研究，波形钢板的波形沿板件的45°方向设置，如图3.2所示。研究结果表明：波形钢板可以有效地提高剪力墙的抗侧刚度、延性和其耗能能力以及整体稳定性能，滞回曲线有捏拢现象，并且拉压不对称。此外，波形钢板产生了局部屈曲和脆性破坏的现象。

图3.2　褶皱内嵌钢板剪力墙试件

2006年，西安建筑科技大学的郝际平、余安东、兰银娟等［96］对折板剪力墙的滞回性能等进行了相关研究。研究发现：折板剪力墙具有较大的初始刚度，屈服荷载和极限承载力较高，滞回曲线饱满，无捏拢现象，具有较好的延性和耗能能力，但当折板剪力墙达到其极限承载以后，由于塑性屈曲变形积累导致其承载力下降较快。(www.daowen.com)

2013年，Massood Mofid等［100］学者进行了波形钢板剪力墙试验研究，如图3.3所示。研究发现：波形钢板剪力墙的极限强度略低于平钢板剪力墙，但其抗侧刚度、耗能和延性等滞回性能远远高于平钢板剪力墙。此外，通过一定的设计方法，可使波折钢板剪力墙在预定位置屈服，通过塑性变形吸收地震能量。

图3.3　竖向、横向波折钢板剪力墙试件

2018年，西安建筑科技大学王威等对波形钢板剪力墙进行了试验研究和ABAQUS有限元分析。研究结果表明：波形钢板剪力墙的抗侧刚度、平面外刚度、整体稳定性能、极限承载能力、延性等滞回性能均优于平钢板剪力墙，波形钢板产生手风琴效应，其变形能力远远优于平钢板。此外，给出了波形钢板黏结滑移公式等。

综上所述，与平钢板相比，波形钢板剪力墙具有较大的平面外刚度和抗侧刚度，具有较高的抗屈曲承载力和较好的滞回性能。但是国内外对于波形钢板剪力墙的研究尚未成熟，目前还处于起步阶段，未系统地研究波形钢板-混凝土组合剪力墙的滞回性能和力学性能，以及改变参数对于波形钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能的影响。本章将分为试验研究、ABAQUS有限元分析以及理论计算3大块对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能展开研究。

本章的研究内容是波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能与抗剪承载力研究，主要从以下几个方面展开：

1）对波形钢板-混凝土组合剪力墙试件的设计、加工以及制作进行介绍，给出拟静力试验的加载制度、加载装置以及数据处理方法，对试验现象进行描述并分析，以及对波形钢板的应变和剪力墙受力机理进行分析。

2）通过对3个波形钢板-混凝土组合剪力墙试件进行抗震性能试验研究，得到基于不同波形钢板形式下波形钢板-混凝土组合剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、破坏模式、延性和滞回耗能能力、承载力和刚度退化情况以及应变研究。

3）通过ABAQUS有限元软件建模，分析得到波形钢板厚度、波角和剪跨比对波形钢板剪力墙及其组合剪力墙抗震性能的影响。

4）结合波形钢板-混凝土组合剪力墙的受力机理，在ABAQUS有限元分析结果基础上，通过拟合得到波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力理论计算公式，将理论计算结果与有限元分析结果和试验结果进行对比，验证抗剪承载力的准确性。此外，得到波形钢板-混凝土组合剪力墙的剪力分担率等力学性能，为工程实际提供依据。