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在很久以前世界上发展最迅速的建筑业就将双钢板-混凝土组合墙作为一种新的可持续结构体系。这种组合墙的机理是用两块外包钢板夹着核心混凝土。这种结构体系理想地将两种建筑材料结合在了一起，尽管钢材和混凝土的力学性能相差甚远。嵌入在内部的剪力连接件将两块钢板同时被联系在一起，使得混凝土和钢材的组合性能得以发挥。现有研究的对象是采用规则和异性的钢板，不同形状简单和复杂的剪力连接件和不同强度等级的混凝土的组合墙。现有研究的关键进展证实了该结构体系减少了钢板的主要局部屈曲，防止由于截面连接件而导致的混凝土和钢材的过早分离，更高的约束能力以及由于高强混凝土的使用提高了结构的承载力。
超高性能混凝土(UHPC)的发展可以追溯到公路桥梁工程几十年的成功应用。相比于普通混凝土，这种新型混凝土具有更高的强度、稳定性和耐久性。许多研究者已经开发出不同类型的高强混凝土，根据其材料组成可称为超高性能混凝土。可是采用超高性能混凝土的双钢板组合墙的研究数据十分有限。因此，考虑到建筑行业对双钢板组合墙更高的强度要求，发展该新型双钢板组合墙是很有必要的。
除了传统的大头栓钉，新型J型钩连接件也有一定的研究规模。在组合结构中应用J型钩连接件能加快制造速度并是结构轻量化。这种新型连接件已经成功应用在北极地区作为近海结构的双钢板-混凝土防冰墙。而且在面对地震、爆炸、冲击等荷载时，J型钩连接件也展现出了它的可靠性。因此，采用J型钩和超高性能混凝土的双钢板-混凝土组合墙的研究工作还很缺乏，有着很高的研究意义。
本文针对小型模块化核反应堆(SMNR)的安全壳厂房及高层建筑核心墙的应用，研究了双钢板组合墙(DSCW)。为了减少核心混凝土芯层厚度，并保证双钢板组合墙具有较高的强度，本文重点研究了新型J型钩-双钢板超高性能混凝土组合墙和传统大头栓钉-双钢板超高性能混凝土组合墙的高效应用。同时，本文以这两种连接件取代复杂的钢-钢界面连接件的方式，提高双钢板组合墙的施工效率及耐久性。
本文开展了18个抗侧力构件的轴压试验，其中分别采用了新型9个J型钩-双钢板超高性能混凝土组合墙和9个大头栓钉-双钢板超高性能混凝土组合墙。针对试验中双钢板组合墙的几种结构破坏模式、轴向压缩行为和钢板的屈曲行为进行了深入研究。基于试验数据，本文进行了多种参数分析，研究了钢板厚度、连接件纵横间距和混凝土抗压强度对混凝土极限抗压承载力、刚度、延性的影响，以及对双钢板组合墙体的轴向压缩作用影响规律。此外，本文还提出了检测外钢板初始几何缺陷的方法。
本文建立了轴压荷载作用下的双钢板超高性能混凝土组合墙的分析模型。分析模型的准确性通过试验数据得到了有效验证。
最后，为了降低新型J型钩和大头栓钉连接件的建模复杂度，本文建立了简化的有限元模型。其中非线性有限元分析(NLFEA)的结果与试验结果相似，可以很容易地检测出双钢板组合墙在轴压荷载作用下的结构损伤行为。并将非线性有限元分析结果与试验结果进行了比较，该有限元模型能较好地预测了双钢板超高性能混凝土组合墙的抗压性能。基于有限元模型的验证结果，又研究了钢板厚度的增加、连接件的纵横间距对双钢板组合墙受压性能的影响。
从试验、理论和非线性有限元分析的结论如下；
(1)双钢板-超高性能混凝土组合墙的破坏模式主要包括钢板局部屈曲和超高性能混凝土板压碎两种。除了两种主要的破坏模式外，还出现了钢面板与混凝土分离、混凝土在破碎区被顶出、超高性能混凝土芯内钢纤维分离和混凝土微裂缝等破坏。
(2)双层复合墙体的荷载-位移响应可分为线性阶段、非线性阶段和衰退阶段。在线性阶段，随轴向荷载的增加墙体的轴向变形逐渐发展，然而该阶段钢板的局部屈曲并不能改变墙体的线性行为。线性阶段的承载力占墙体峰值极限承载力的53%-80%。随着钢板局部屈曲进一步发展，墙体进入非线性阶段。在非线性阶段中，墙体将额外的轴压荷载传递给超高性能混凝土。在墙体达到极限抗压承载力前，超高性能混凝土的非线性行为占主导地位。最后在衰退阶段，墙体内部超高性能混凝土被压碎，承载力急剧下降，延性降低。
(3)钢板厚度的增加提高了双钢板-超高性能混凝土组合墙的刚度。但在一定范围内，特别是钢板厚度从2.7mm增加到4.7mm，墙体的极限抗压承载力随着钢板厚度的增加而提高。此外，还观察到钢板厚度为5.6mm的墙体的抗压性能降低。该现象是由于，钢板厚度为5.6mm的墙体截钢板的截面含钢率达11%，钢纤维的体积率达3%，过高的含钢量降低了双层复合墙体的延性。综上所述，在截面含钢量过高时，增加钢板厚度会降低双钢板-超高性能混凝土组合墙的延性。
(4)在轴压荷载下，增加J形钩和大头栓钉之间的竖向间距导致表面钢板的长细比减小。同时在水平方向上，连接件间的钢板出现了严重的局部屈曲，表面钢板在早期阶段失去了抗压承载能力。随后，超高性能混凝土核心承受额外的压力。本次研究表明，当连接件的竖向间距从75mm增加到100mm，以及从100mm增加到150mm时，双层复合墙体的抗压承载力和初始刚度降低，延性也随之下降，在达到150mm时墙体的延性达到最小。
(5)由于连接件之间缺乏必要的约束，增加J形钩和大头螺柱之间的间距将导致受压钢板发生局部屈曲。然而，对于采用J钩形剪力连接件的双钢板-混凝土组合墙体，连接件间距的增大对提高墙的抗压承载力和减少初始刚度方面影响不大。与此同时，对于采用大头栓钉剪力连接件的双钢板-混凝土组合墙体，增大连接件的间距降低了墙体的初始刚度和抗压承载力。
(6)超高性能混凝土(UHPC)的极限抗压强度分布不均。由于UHPC具有更高的极限抗压强度，因此双钢板-混凝土组合墙体具有较高抗压承载力。然而，在核心UHPC极限抗压强度相同的情况下，钢板的初始缺陷会影响钢板的长细比，可能导致墙体极限抗压承载力存在差异。
(7)与荷载位移曲线类似，荷载应变曲线可以划分为三个工作阶段。在线性阶段，钢板没有发生屈曲。在非线性阶段初期，钢板表现出非线性行为直至达到临界屈曲状态。在衰退阶段，由于UHPC压溃，受压承载力下降同时应变片损坏。钢板的屈曲可分为弹性屈曲和塑性屈曲。对于弹性屈曲，钢板的屈曲发生在屈服应变之前；对于塑性屈曲，钢板的屈曲发生在达到屈服应变之后。对于采用J钩形剪力连接件的墙体，弹性屈曲发生于竖向连接件间距较大的构件中。塑性屈曲则发生在钢板厚度较厚的试件中。然而，对于所有采用大头栓钉剪力连接件的墙体，均发生塑性屈曲。
(8)双钢板-混凝土组合墙体的理论分析采用欧拉理论计算钢板的抗压承载力。此外，还考虑了钢板与剪力连接件对核心混凝土的约束。提出了基于欧洲规范4的修正后的方程。所建立的理论模型与采用J钩形钩连接件的墙体抗压承载力差值在2%(协方差:0.05)，与采用大头栓钉连接件的墙体抗压承载力差值在7%(协方差:0.05)。
(9)采用简化了的有限元模型来模拟复杂的J钩和大头栓钉连接件。采用端部带有非线性弹簧(SPRINGA)的两个圆柱形实体单元(C3D8R)对钢板与钢板之间的连接进行模拟。所建立的简化模型与采用J钩形钩连接件的墙体抗压承载力差值在2%(协方差:0.08)，与采用J钩形钩连接件的墙体抗压承载力差值在6%(协方差:0.03)。
(10)当钢板厚度分别为2.7mm、4.7mm和5.6mm时，带栓钉连接件的双层复合墙体的极限抗压强度比带J形钩的双层复合墙体提高了15.14%、15.39%和24.02%。同时，当栓钉垂直间距为100mm和150mm时，双层复合墙体的抗压强度比带J形钩的双层复合墙体提高了23.52%和5.60%。这种强度提高的原因是栓钉的埋置提高了钢面板的抗屈曲能力。此外，与带J形钩的双层复合墙体相比，当栓钉连接件之间的水平间距为100mm和150mm时，前者抗压强度提高了7.33%，后者降低了8.27%。与带J形钩的DSCW相比，带栓钉连接件的DSCW的刚度降低，延性提高。
超高性能混凝土(UHPC)的发展可以追溯到公路桥梁工程几十年的成功应用。相比于普通混凝土，这种新型混凝土具有更高的强度、稳定性和耐久性。许多研究者已经开发出不同类型的高强混凝土，根据其材料组成可称为超高性能混凝土。可是采用超高性能混凝土的双钢板组合墙的研究数据十分有限。因此，考虑到建筑行业对双钢板组合墙更高的强度要求，发展该新型双钢板组合墙是很有必要的。
除了传统的大头栓钉，新型J型钩连接件也有一定的研究规模。在组合结构中应用J型钩连接件能加快制造速度并是结构轻量化。这种新型连接件已经成功应用在北极地区作为近海结构的双钢板-混凝土防冰墙。而且在面对地震、爆炸、冲击等荷载时，J型钩连接件也展现出了它的可靠性。因此，采用J型钩和超高性能混凝土的双钢板-混凝土组合墙的研究工作还很缺乏，有着很高的研究意义。
本文针对小型模块化核反应堆(SMNR)的安全壳厂房及高层建筑核心墙的应用，研究了双钢板组合墙(DSCW)。为了减少核心混凝土芯层厚度，并保证双钢板组合墙具有较高的强度，本文重点研究了新型J型钩-双钢板超高性能混凝土组合墙和传统大头栓钉-双钢板超高性能混凝土组合墙的高效应用。同时，本文以这两种连接件取代复杂的钢-钢界面连接件的方式，提高双钢板组合墙的施工效率及耐久性。
本文开展了18个抗侧力构件的轴压试验，其中分别采用了新型9个J型钩-双钢板超高性能混凝土组合墙和9个大头栓钉-双钢板超高性能混凝土组合墙。针对试验中双钢板组合墙的几种结构破坏模式、轴向压缩行为和钢板的屈曲行为进行了深入研究。基于试验数据，本文进行了多种参数分析，研究了钢板厚度、连接件纵横间距和混凝土抗压强度对混凝土极限抗压承载力、刚度、延性的影响，以及对双钢板组合墙体的轴向压缩作用影响规律。此外，本文还提出了检测外钢板初始几何缺陷的方法。
本文建立了轴压荷载作用下的双钢板超高性能混凝土组合墙的分析模型。分析模型的准确性通过试验数据得到了有效验证。
最后，为了降低新型J型钩和大头栓钉连接件的建模复杂度，本文建立了简化的有限元模型。其中非线性有限元分析(NLFEA)的结果与试验结果相似，可以很容易地检测出双钢板组合墙在轴压荷载作用下的结构损伤行为。并将非线性有限元分析结果与试验结果进行了比较，该有限元模型能较好地预测了双钢板超高性能混凝土组合墙的抗压性能。基于有限元模型的验证结果，又研究了钢板厚度的增加、连接件的纵横间距对双钢板组合墙受压性能的影响。
从试验、理论和非线性有限元分析的结论如下；
(1)双钢板-超高性能混凝土组合墙的破坏模式主要包括钢板局部屈曲和超高性能混凝土板压碎两种。除了两种主要的破坏模式外，还出现了钢面板与混凝土分离、混凝土在破碎区被顶出、超高性能混凝土芯内钢纤维分离和混凝土微裂缝等破坏。
(2)双层复合墙体的荷载-位移响应可分为线性阶段、非线性阶段和衰退阶段。在线性阶段，随轴向荷载的增加墙体的轴向变形逐渐发展，然而该阶段钢板的局部屈曲并不能改变墙体的线性行为。线性阶段的承载力占墙体峰值极限承载力的53%-80%。随着钢板局部屈曲进一步发展，墙体进入非线性阶段。在非线性阶段中，墙体将额外的轴压荷载传递给超高性能混凝土。在墙体达到极限抗压承载力前，超高性能混凝土的非线性行为占主导地位。最后在衰退阶段，墙体内部超高性能混凝土被压碎，承载力急剧下降，延性降低。
(3)钢板厚度的增加提高了双钢板-超高性能混凝土组合墙的刚度。但在一定范围内，特别是钢板厚度从2.7mm增加到4.7mm，墙体的极限抗压承载力随着钢板厚度的增加而提高。此外，还观察到钢板厚度为5.6mm的墙体的抗压性能降低。该现象是由于，钢板厚度为5.6mm的墙体截钢板的截面含钢率达11%，钢纤维的体积率达3%，过高的含钢量降低了双层复合墙体的延性。综上所述，在截面含钢量过高时，增加钢板厚度会降低双钢板-超高性能混凝土组合墙的延性。
(4)在轴压荷载下，增加J形钩和大头栓钉之间的竖向间距导致表面钢板的长细比减小。同时在水平方向上，连接件间的钢板出现了严重的局部屈曲，表面钢板在早期阶段失去了抗压承载能力。随后，超高性能混凝土核心承受额外的压力。本次研究表明，当连接件的竖向间距从75mm增加到100mm，以及从100mm增加到150mm时，双层复合墙体的抗压承载力和初始刚度降低，延性也随之下降，在达到150mm时墙体的延性达到最小。
(5)由于连接件之间缺乏必要的约束，增加J形钩和大头螺柱之间的间距将导致受压钢板发生局部屈曲。然而，对于采用J钩形剪力连接件的双钢板-混凝土组合墙体，连接件间距的增大对提高墙的抗压承载力和减少初始刚度方面影响不大。与此同时，对于采用大头栓钉剪力连接件的双钢板-混凝土组合墙体，增大连接件的间距降低了墙体的初始刚度和抗压承载力。
(6)超高性能混凝土(UHPC)的极限抗压强度分布不均。由于UHPC具有更高的极限抗压强度，因此双钢板-混凝土组合墙体具有较高抗压承载力。然而，在核心UHPC极限抗压强度相同的情况下，钢板的初始缺陷会影响钢板的长细比，可能导致墙体极限抗压承载力存在差异。
(7)与荷载位移曲线类似，荷载应变曲线可以划分为三个工作阶段。在线性阶段，钢板没有发生屈曲。在非线性阶段初期，钢板表现出非线性行为直至达到临界屈曲状态。在衰退阶段，由于UHPC压溃，受压承载力下降同时应变片损坏。钢板的屈曲可分为弹性屈曲和塑性屈曲。对于弹性屈曲，钢板的屈曲发生在屈服应变之前；对于塑性屈曲，钢板的屈曲发生在达到屈服应变之后。对于采用J钩形剪力连接件的墙体，弹性屈曲发生于竖向连接件间距较大的构件中。塑性屈曲则发生在钢板厚度较厚的试件中。然而，对于所有采用大头栓钉剪力连接件的墙体，均发生塑性屈曲。
(8)双钢板-混凝土组合墙体的理论分析采用欧拉理论计算钢板的抗压承载力。此外，还考虑了钢板与剪力连接件对核心混凝土的约束。提出了基于欧洲规范4的修正后的方程。所建立的理论模型与采用J钩形钩连接件的墙体抗压承载力差值在2%(协方差:0.05)，与采用大头栓钉连接件的墙体抗压承载力差值在7%(协方差:0.05)。
(9)采用简化了的有限元模型来模拟复杂的J钩和大头栓钉连接件。采用端部带有非线性弹簧(SPRINGA)的两个圆柱形实体单元(C3D8R)对钢板与钢板之间的连接进行模拟。所建立的简化模型与采用J钩形钩连接件的墙体抗压承载力差值在2%(协方差:0.08)，与采用J钩形钩连接件的墙体抗压承载力差值在6%(协方差:0.03)。
(10)当钢板厚度分别为2.7mm、4.7mm和5.6mm时，带栓钉连接件的双层复合墙体的极限抗压强度比带J形钩的双层复合墙体提高了15.14%、15.39%和24.02%。同时，当栓钉垂直间距为100mm和150mm时，双层复合墙体的抗压强度比带J形钩的双层复合墙体提高了23.52%和5.60%。这种强度提高的原因是栓钉的埋置提高了钢面板的抗屈曲能力。此外，与带J形钩的双层复合墙体相比，当栓钉连接件之间的水平间距为100mm和150mm时，前者抗压强度提高了7.33%，后者降低了8.27%。与带J形钩的DSCW相比，带栓钉连接件的DSCW的刚度降低，延性提高。