Steel plate shear walls are an innovative lateral load-resisting system capable of effectively bracing a building against both wind and earthquake forces. The system consists of vertical steel infill plates one storey high and one bay wide connected to the surrounding beams and columns. The plates are installed in one or more bays for the full height of a building to form a stiff cantilever wall. Steel plate shear walls are well-suited for new construction and they also offer a relatively simple means for the seismic upgrading of existing steel or concrete structures.

A large-scale four storey, single bay specimen with unstiffened panels was tested under controlled cyclic loading to determine its behaviour under an idealized severe earthquake event. The shear wall had moment-resisting beam-to-column connections, resulting in a lateral load-resisting system that possessed an inherent redundancy. During the test, the specimen endured 30 cycles of loading, including 20 cycles in the inelastic range. Prior to failure of the specimen, the deflection reached in the lowest storey was nine times the yield deflection. The test specimen proved to be initially very stiff, showed excellent ductility and energy dissipation characteristics. and exhibited stable behaviour at very large deformations and after many cycles of loading.

Results of another large-scale test to evaluate the performance of the corner detail to be used in the main test specimen are reported. Other ancillary tests included an evaluation of residual stresses in the shear wall frame members and a series of material tests on both the members and infill plates.

A non-linear finite element model for steel plate shear walls was developed using the as-built dimensions and measured material properties of the test specimen. A non-planar initial plate geometry and residual stresses obtained experimentally were included. Cyclic and monotonic load vs. deflection responses and the internal member forces are compared with experimental results.

A simplified method for predicting the monotonic response and two models for predicting the hysteresis behaviour of steel plate shear walls are described. The models account for inelastic behaviour in both the infill panels and the frame members. The predicted behaviour of the four storey shear wall specimen is compared with the test results..

Les murs de refend en acier représentent un système innovateur résistant aux charges latérales susceptible de contreventer efficacement un bâtiment contre les forces de vent et de séisme. Ce système est constitué de plaques verticales en acier placées à l'intérieur de la hauteur d'un étage et d'une largeur d'une baie, reliées aux poutres et aux colonnes adjacentes. Les plaques sont installées dans une ou plusieurs baies sur toute la hauteur du bâtiment pour former un porte-à-faux vertical. Les murs de refend en acier sont bien appropriés pour les nouvelles constructions et ils offrent aussi un moyen relativement simple pour rendre les structures existantes en acier ou en béton conformes aux nouvelles normes para-sismiques.

Un échantillon d'une seule baie et de quatre étages, à grande échelle, avec des panneaux non rigides a été testé sous un chargement cyclique controllé afin de déterminer son comportement face à un séisme sévère idéallisé. Le mur de refend a été conçu avec des assemblages rigides poutres-poteaux, donnant au système une résistance supplémentaire. Durant l'essais, l'échantillon a subi 30 cycles de chargement, incluant 20 cycles dans le domaine inélastique. Avant la rupture de l'échantillon, le déplacement atteint au plus bas étage représentait neuf fois le déplacement élastique. Le modèle expérimental s'est démontré initialement très rigide, mais a ensuite démontré une excellente ductilité et des caractéristiques de dissipation d'énergie. L'échantillon a aussi présenté un comportement stable après de très grandes déformations et plusieurs cycles de chargement.

Des résultats d'autres essais à grande échelle pour évaluer la performance du détail de coin utilisé dans l'échantillon principal sont rapportés. D'autres essais complémentaires ont inclu une évaluation des contraintes résiduelles dans les membrures du mur de refend et des séries d'essais de matériaux sur les membrures et les plaques.

Un modèle non-linéaire par éléments finis pour le mur de refend en acier a été développé en utilisant les dimensions exactes de l'échantillon et les propriétés des matériaux mesurées par des essais sur éprouvettes. La géométrie initiale non plane des plaques et les contraintes résiduelles obtenues expérimentalement sont inclus. Les réponses charges cycliques et monotones en fonction du déplacement et des forces internes des membrures sont comparées avec les résultats expérimentaux.

Une méthode simplifiée pour prédire la réponse monotone et deux modèles de comportement hystérétique des murs de refend en acier sont présentés. Les modèles tiennent compte du comportement inélastique des panneaux insérés et des membrures du cadre. Le comportement théorique du mur de cisaillement à quatre étages est comparé avec les résultats des essais.

Stahlschubwände sind ein innovatives Seitenlastwiderstandssystem, mit dem ein Gebäude wirksam gegen Wind- und Erdbebenkräfte gestützt werden kann. Das System besteht aus senkrechten Stahlplatten, die ein Stockwerk hoch, ein Feld breit und mit den umgebenden Trägern und Stützen verbunden sind. Die Stahlplatten werden in ein oder mehrere Felder für die volle Höhe des Gebäudes eingebaut, sodaß sie eine steife Kragwand bilden. Stahlschubwände eignen sich ausgezeichnet für Neubauten, sind aber auch eine relativ einfache Möglichkeit zum erdbebensicheren Umbau vorhandener Stahl- und Betonbauten.

Zur Bestimmung des Verhaltens bei einem schweren Erdbeben unter idealisierten Bedingungen wurde ein großes, vier Stockwerke hohes und ein Feld breites Modell mit unversteiften Stahlplatten unter kontrollierten zyklischen Belastungen getestet. Die Stahlschubwand besaß biegungsfeste Träger-zu-Stützen-Verbindungen, die ein Seitenlastwiderstandssystem mit inhärentem Überschuß ergaben. Während des Versuchs hielt das Modell 30 Lastzyklen stand;​ wovon 20 im unelastischen Bereich lagen. Vor seinem Versagen erreichte es im untersten GeschoB die neunfache Fließabweigung. Das Versuchsmodell erwies sich als am Anfang sehr steif, zeigte ausgezeichnete Dehnbarkeit und Energieverzehrungsmerkmale und stabiles Verhalten bei sehr großen Umformungen und nach vielen Belastungszyklen. Ergebnisse eines anderen Großtests zur Auswertung der Leistung des im Haupttest zu verwendenden Eckendetails werden beschrieben. In anderen Nebentests erfolgte unter anderem eine Auswertung der Restspannung in den Schubwandrahmengliedern und eine Reihe von Materialtests an den Rahmenglieder und Stahlplatten.

Es wurde ein nichtlineares, Finite-Elemente-Modell für Stahlschubwände mit den genauen Abmessungen und gemessenen Materialeigenschaften des Versuchsmodelles entwickelt. Es umfaßte auch eine experimentell ermittelte unebene anfängliche Stahlplattengeometrie und Restspannung. Zyklische und gleichförmige Belastung im Verhältnis zu Abweichunsgreaktionen und die internen Stabkräfte werden mit Versuchsergebnissen verglichen.

Es werden eine vereinfachte Methode zum Berechnen der gleichförmigen Reaktionen und zwei Modelle zur Berechnung des Hystereseverhaltens von Stahlschubwänden beschrieben. Die Modelle erklären das unelastische Verhalten in den Stahlplatten und Rahmengliedern. Das vorhergesagte Verhalten des vierstöckigen Schubwandmodelles wird mit den Versuchsergebnissen verglichen.