余 涛，魏文晖，杨 超，马中原

(1.中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，武汉 430071;2.武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉 430070)

随着经济的发展，我国的经济和资源的不平衡的问题日益突出，电力输送作为能源输送的关键，更体现出其重要和必要性[1]。采用超、特高压进行电力输送，能极大的减小电力输送过程中的损耗。在进行超高压电力输送的过程中，换流站阀厅是确保进行高压输电的关键，其主要装置由换流变压器和换流阀组成，需要设置在坚固、耐火的阀厅中，以保证输电过程的顺利进行[2]。

现阶段的阀厅结构形式主要为钢排架结构、混凝土框架和钢框架-混凝土防火墙[3,4]。现有的研究表明：钢排架的防火性能较差且造价较高；混凝土框架结构抗侧能力较差，而钢框架-混凝土防火墙整体造价和耐火性能均一般[3,4]。因此，将抗侧及防火较好的型钢混凝土结构引入换流站阀厅设计中，采用型钢混凝土剪力墙(防火墙)结构，可以较好解决结构的抗侧、耐火问题。该文介绍了新型T形型钢混凝土剪力墙的性能，并对其在阀厅结构中的应用给出建议，以期改进阀厅结构的受力特征和抗侧能力。

1 试验的设计与分析

T形型钢混凝土剪力墙，是一种结合了型钢混凝土和短肢剪力墙的优点和特色的新型结构形式。型钢混凝土结构在我国自20世纪80年代引入后，其优秀的性能使其广泛地适用于新建的公用及民用建筑中，尤其是《组合结构设计规范(JGJ138—2016)》的颁布，更是促进了其蓬勃的发展，在广州新电视塔、江苏中洋豪生大酒店、长沙国际金融中心的主体结构中[5-7]，均可以见到其身影。短肢剪力墙因其对建筑功能的适应性和较小的自重，在部分建筑中获得了一定的应用，但其延性和抗震性能一般是制约其发展的问题。在短肢剪力墙中增设型钢，形成新型的型钢混凝土剪力墙，能在保证使用的同时加强其力学及延性性能。将此新型结构应用于换流站阀厅中，将极大的改善现有结构体系的性能。

以某±800 kV换流站阀厅为中原有的短肢防火剪力墙为基础(截面宽B=1 500 mm，截面高H=1 200 mm，墙厚b=300 mm，试件总高3 400 mm)，修改部分配筋并在局部增设型钢，设计的截面尺寸、配筋及配钢如图1、图2所示，详细的信息参见表1。

表1 试件各截面尺寸、配筋及配钢信息

试验采用3组试件SRCW-1～3进行测试，表1中的底梁与加载梁与墙体整浇，墙体中钢筋深入梁身进行锚固。完成试件的制作后，分别对混凝土、钢筋及配钢进行材料性能试验。通过MTS伺服系统进行拟静力的荷载和位移混合加载，考察其受力性能，其滞回曲线(以典型的SRCW-2为例)及3组试件的骨架曲线分别如图3、图4所示。

查看试件SRCW-2的滞回曲线，加载前期曲线形状略细而窄，也有一定程度的局部压缩，但整体较为饱满，体现了显示出构件较好的抗震性能，与设计中抗震能力一般的短肢剪力墙相比，有了长足的进步。骨架曲线刚度退化符合预期，显示出良好的耗能能力，证明新型的型钢混凝土剪力墙结构在不增加尺寸和刚度的同时，有了更加优异的力学性能。

2 有限元计算

在利用试验对结构的抗震及延性进行分析，并获得了初步结果后，利用有限元软件进行建模分析，对结构的应力和裂缝的分布及影响参数，进行细化的分析。

以骨架曲线为例对有限元和试验结果对比，以验证模拟结果的准确，对比了从腹板和翼缘两个方向上加载时的有限元模拟和试验分析的结果，如图5、图6所示。

对比显示，有限元与试验结果较为契合，整体变化趋势相同且幅值接近，有限元模拟结果准确度满足要求。利用有限元模拟结果评估结构在破坏阶段的内力及裂缝分布，如图7、图8所示。

由图7所示的墙体应力分布，发现在破坏阶段腹板与下部交接处的应力较大；而图8显示的开裂区域则集中于腹板与翼缘结合处，尤其是下部相交处，需要加强此区域内的材料强度并适当增加构造配筋，在保证强度的同时，防止局部开裂。进一步将型钢混凝土剪力墙与钢筋混凝土剪力墙承载力进行对比，并对不同轴压比下承载力变化进行分析，见图9、图10。

图9显示在含钢量与普通钢筋混凝土结构相同时，型钢混凝土的承载力有了较大提升；图10中不同轴压比下承载力对比则体现出，在轴压比不超过0.4时，适当增加轴压比可提高构件承载力，但随着轴压比进一步增加，其承载能力增加不明显。

3 结论与建议

通过对T形型钢混凝土剪力墙的试验、有限元分析后显示，此结构具有较好的抗震能力和延性性能，可作为换流站阀厅中重要的抗侧构件使用，尤其适用于高烈度区和对防火要求较高的结构。

在含钢量与一般钢筋混凝土相同的情况下，T形型钢混凝土剪力墙承载力有一定提升，可采用此类结构适时替代一般短肢剪力墙结构。该结构的破坏在腹板与翼缘交汇处较为明显，实际设计中应增加此处构造钢筋的设置，以防止局部开裂，并适当增加腹板与基础连接处的材料性能。