新型装配式剪力墙抗震性能试验研究

本文提出一种新型装配式剪力墙体系,即墙板水平分布筋、竖向分布筋顶部与现浇带可靠连接,竖向分布筋底部不贯通,仅坐浆连接。为了研究这种新型墙体的抗震性能,本文设计了两组不同剪跨比下的共7个剪力墙试件,并对其进行拟静力试验,参照现浇剪力墙,分析不同剪跨比、边缘构件尺寸、边缘构件纵筋率下的新型装配式剪力墙在低周往复荷载下的破坏模式、承载力等抗震性能。试验结果表明:新型墙体首先在连接处开裂,最终墙板与边缘构件和坐浆层分离;与现浇剪力墙相比,新型墙体的承载力较低,但变形和耗能相差不大;加强边缘构件可以弥补对墙板竖向钢筋不连续的削弱,新型墙体在高层建筑中应用的可行性较大。本文为新型装配式剪力墙结构的发展提供了试验基础。     

基于内聚单元模型的装配式剪力墙数值模拟研究

随着我国预制装配式结构的推广,装配式剪力墙结构在我国的高层住宅中取得了广泛应用。目前对装配式剪力墙结构的设计采用了"等同现浇"的理念,没有考虑到现浇剪力墙与装配式剪力墙的差异性。在实际工程中。装配式剪力墙普遍通过灌浆套筒进行连接,具体为竖向钢筋在套筒内通过浆锚粘结,剪力墙底部与基础通过一层20 mm厚的高强灌浆料粘结。实际上,灌浆套筒的存在改变了钢筋的刚度分布,而灌浆缝的存在构成了剪力墙的初始薄弱部位,这些因素都对构件的整体力学性能有一定的影响。为了研究装配式剪力墙的整体非线性行为,本文开展了数值模拟研究。基于ABAQUS平台建立了预制装配式剪力墙的精细分析模型,采用损伤模型追踪墙体混凝土的损伤和开裂,引入内聚单元模型模拟剪力墙的水平拼缝。在考虑了上述因素之后,数值模拟结果与实验符合良好。基于数值模拟结果研究了装配式混凝土剪力墙的滞回耗能、损伤开裂以及钢筋应力重分布等细节,对预制装配式剪力墙结构的抗灾性能给出了综合评价。     

型钢连接装配式低矮剪力墙抗震性能试验研究

采用带锚筋的锚板、腹板、端板以及加劲板作为连接件,能够通过干式连接方法将上下预制剪力墙构件连为整体。为研究该新型全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,设计了2个剪跨比为0.783的试件和1个相同剪跨比及配筋率的现浇整体墙体,并进行了低周往复拟静力试验,分析了该全装配式剪力墙的承载能力、刚度、延性性能和耗能能力等。研究结果表明:现浇整体墙体和全装配式剪力墙的破坏形式均为受剪破坏,全装配式剪力墙的极限位移角大于现浇整体墙体极限位移角,分别为1/77和1/133,轴压比为0.3时平均延性系数3.47,低于现浇整体墙体平均延性系数4.62;但该全装配式剪力墙具有较高的承载能力和耗能能力。型钢与剪力墙的锚筋需采用穿孔塞焊的形式连接,避免锚筋与锚板焊接的位置发生剪断的现象。     

灌浆套筒连接装配式剪力墙爆炸响应及参数分析

为了研究采用灌浆套筒连接装配式剪力墙结构的抗爆性能,应用显式动力分析软件LS-DYNA建立了现浇剪力墙和装配式剪力墙的有限元模型,对不同爆炸荷载下剪力墙的破坏形态和动态响应进行了模拟分析;扩充影响参数范围,进一步研究了墙体厚度和混凝土强度等级等因素对装配式剪力墙结构抗爆性能的影响。数值分析表明:对于装配式剪力墙,由于坐浆层处存在新旧混凝土的薄弱粘结面,爆炸作用下首先发生破坏,爆炸应力波聚集于坐浆层周围的墙体内部,导致局部发生脆性破坏;现浇剪力墙刚度分布比较均匀,爆炸作用下背爆面的混凝土首先被拉裂,最终发生弯曲破坏;增加墙体厚度、提高混凝土强度等级和改变炸药爆炸位置均可改善装配式剪力墙的抗爆性能。     

预应力约束下装配式剪力墙结构减震性能研究

为了应对中国在新时期提出的“经济,适用,绿色,美观”的建筑政策,装配式结构逐渐成为近年来关注的焦点.对比传统现浇结构,装配式结构更符合节能、节材、环保等要求.因此,进一步研究装配式结构的抗震性能是非常重要的.考虑现有装配式剪力墙结构节点连接部位存在湿作业、施工难度大,常常出现强构件弱节点,抗震性能有待进一步深入研究等情况.为此我们提出一种新的结构形式———预应力约束下装配式剪力墙结构,该结构通过预应力筋连接结构的墙、板,使结构形成一个整体,减少施工现场湿作业,施工质量得以提高.当地震发生时结构通过改变自身的刚度,使其自震周期增大,达到减小地震应力的目的,同时很多提高延性因素的条件也无需考虑,避免钢材的浪费.通过对现浇剪力墙结构模型和预应力约束下装配式剪力墙结构模型进行时程分析,计算结果表明:与现浇剪力墙结构相比,预应力约束下装配式剪力墙结构可减小90%的地震作用,减震效果显著.     

插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力分析

在地震荷载作用下,水平接缝处为装配式剪力墙结构的薄弱部位。为了研究带插筋灌浆连接的预制钢筋混凝土剪力墙的抗侧承载力,并比较其与现浇钢筋混凝土剪力墙承载力的区别,本文在已有试验的基础上对现浇和插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙进行了有限元建模。在此基础上,本文定义了插筋灌浆连接装配式钢筋混凝土剪力墙抗侧承载力折减系数并分析了轴压比、墙肢截面高度、墙肢厚度、灌浆料强度和插筋配筋率等参数对插筋灌浆连接装配式剪力墙破坏形态及承载力折减系数的影响。基于参数分析结果进行非线性回归分析,提出了插筋灌浆连接预制钢筋混凝土剪力墙承载力折减系数的简化计算公式。在工程参数的合理应用范围内简化公式计算结果与有限元计算结果吻合良好,可为插筋灌浆连接装配式预制钢筋混凝土剪力墙的抗震设计提供参考。     

新型端板螺栓连接框架节点抗震性能试验研究

提出了一种新型预应力混凝土梁、连续复合螺旋箍筋混凝土柱及端板螺栓连接的装配式节点,该节点的基本构造为:采用高强螺栓通过外伸端板将梁与柱装配在一起,并在梁柱中均采用连续复合螺旋箍筋,另在梁中配置预应力筋与普通钢筋,普通钢筋通过墩头与端板焊接在一起,且在节点核心区处采用钢板箍替代箍筋。该节点传力明确,且避免了核心区钢筋纵横交错的现象。为研究该节点的抗震性能,通过拟静力试验对该节点的滞回曲线、延性、高强螺旋箍筋对混凝土的约束作用等进行了分析。试验结果表明:节点破坏前,梁端出现了明显的塑性铰,节点具有较好的延性及耗能能力,且柱子和核心区的损坏程度较小,密配高强螺旋箍筋的约束作用能有效地提高构件的抗剪承载力和结构的变形能力。     

两层带新型连接节点预制叠合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究带新型水平连接节点的预制叠合板式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了两片采用新型水平连接节点的两层预制叠合剪力墙和一片作为对比的现浇剪力墙,其中两个预制构件连接形式分别为螺旋箍筋连接和钢板连接方式。对3个构件进行拟静力试验,分析结构的承载力、破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性、耗能能力及拼装节点滑移情况等。试验结果表明:所有构件均呈现弯曲破坏特征,预制构件的极限层间位移角大于1/50,滞回曲线饱满,结构承载力接近于现浇剪力墙构件;采用新型连接节点的预制叠合剪力墙连接可靠,传力性能良好,预制构件底部相对滑移较小,整体抗震性能良好。     

预制空心保温剪力墙试验研究及延性分析

为解决传统的预制实心剪力墙结构自重大以及运输不便等不足,并避免预制夹心剪力墙内外页墙板的连接问题,提出一种预制空心保温剪力墙（PHISW）结构。为研究PHISW的抗震性能,对2个剪力墙试件进行低周反复荷载试验。试验结果表明:PHISW破坏模式以弯曲破坏为主,承载力与现浇实心剪力墙相近,但延性系数略低。基于此采用ABAQUS建立数值分析模型,并分析了轴压比、暗柱箍筋直径和间距、暗柱纵筋配筋率以及空心率这四个参数对PHISW延性的影响。数值模拟结果表明:模拟分析的滞回曲线与试验结果吻合较好,轴压比、暗柱纵筋配筋率以及空心率对PHISW延性影响显著,暗柱配箍对PHISW延性的影响较小。建议轴压比设计值不大于0.4,暗柱箍筋直径不宜小于8 mm,箍筋间距不宜大于150 mm。暗柱纵筋配筋率建议取值为1.49%～3%,墙体空心率不宜大于25%。     

新型钢筋搭接灌浆套筒节点力学性能试验及有限元分析

对一种新型钢筋搭接灌浆套筒节点进行了力学性能试验研究和有限元分析。共设计了9组节点试件,变化的参数包括:搭接长度和钢筋直径、套筒壁厚和套筒端部约束方式。通过试验研究得出:套筒壁厚对灌浆料的约束作用较大,壁厚不宜小于5mm;套筒端部不做处理时节点的连接效果更好。基于试验结果采用ABAQUS软件进行了有限元补充分析,通过对比验证了有限元模型各个假设和本构模型取值的合理性。本研究以期为装配式混凝土结构的钢筋连接研究提供参考。     

Research on seismic performance of shear walls with concrete filled steel tube columns and concealed steel trusses

In order to further improve the seismic performance of RC shear walls, a new composite shear wall with concrete filled steel tube (CFT) columns and concealed steel trusses is proposed. This new shear wall is a double composite shear wall; the first composite being the use of three different force systems, CFT, steel truss and shear wall, and the second the use of two different materials, steel and concrete. Three 1/5 scaled experimental specimens: a traditional RC shear wall, a shear wall with CFT columns, and a shear wall with CFT columns and concealed steel trusses, were tested under cyclic loading and the seismic performance indices of the shear walls were comparatively analyzed. Based on the data from these experiments, a thorough elastic-plastic finite element analysis and parametric analysis of the new shear walls were carried out using ABAQUS software. The finite element results of deformation, stress distribution, and the evolution of cracks in each phase were compared with the experimental results and showed good agreement. A mechanical model was also established for calculating the load-carrying capacity of the new composite shear walls. The results show that this new type of shear wall has improved seismic performance over the other two types of shear walls tested.     

底部放置聚苯板的预制剪力墙抗震性能试验研究

为研究底部放置聚苯乙烯硬泡沫板的抗震性能,对3个剪跨比2.0的两端设置后浇段、底部放置聚苯乙烯硬泡沫板的预制剪力墙试件以及1个相同剪跨比的现浇剪力墙试件进行了拟静力试验。试验结果表明:预制剪力墙底部放置硬聚苯乙烯泡沫板的试件,破坏形态为后浇段与预制剪力墙脱开、后浇段受压破坏;底部放置聚苯板的预制剪力墙试件承载力小于现浇剪力墙试件,耗能能力接近或大于现浇剪力墙试件;各试件的极限位移角为1/98~1/81;预制剪力墙试件的屈服刚度及峰值刚度均比现浇剪力墙试件降低27%~75%,水平分布钢筋未伸入后浇段的试件比伸入后浇段的试件刚度降低更多,后浇段短的试件比后浇段长的试件刚度降低更多。预制试件轴压力主要由后浇段承担,名义屈服及峰值水平力时,钢筋应变分布不符合平截面假定。     

带窗洞的加气混凝土砌块砌体墙抗震性能分析

为了研究设窗洞的蒸压加气混凝土砌块砌体承重墙的抗震性能,运用ABAQUS有限元分析软件对其进行了非线性分析。首先将有限元模型的计算结果与足尺试件的试验结果进行了对比验证,在此基础上,通过改变墙体的竖向压应力、水平配筋和开洞大小,研究了这些参数对墙体抗震性能的影响。研究表明:随着竖向压应力的增大,墙体水平承载力提高,而极限变形能力则有降低趋势;水平配筋可以提高墙体的承载力和变形性能;增大洞口水平尺寸导致极限承载力明显降低,而对其相应位移的影响则小得多。     

带斜筋单排配筋L形截面剪力墙的非工程方向抗震性能1

带斜筋单排配筋混凝土剪力墙结构是为取代粘土砖多层住宅结构而发展起来的一种新型多层混凝土结构,其经济性合理,抗震性能优于传统的砌体结构.为进一步充分了解其抗震性能,开展该新型结构体系中“L”形截面剪力墙的非工程轴方向抗震性能试验研究.进行1个单排配筋混凝土“L”形截面剪力墙和1个带斜筋的单排配筋混凝土“L”形截面剪力墙低周反复荷载试验,对比分析其破坏特征、滞回特性、耗能能力、承载力、延性、刚度,并利用ABAQUS软件进行非线性有限元分析,探究斜筋对其抗震性能的影响.研究结果表明,在非工程轴方向,带斜筋单排配筋“L”形截面混凝土剪力墙的抗震性能优于不带斜筋的剪力墙.     

基于ABAQUS高层剪力墙结构的有限元建模及其振动台试验验证

采用ABAQUS建立12层剪力墙结构的有限元模型,利用该结构1/5缩尺模型振动台试验时预留试块的材性试验结果及相似关系,确定相应原型结构材料的性能参数,将试验参数和我国混凝土结构设计规范给出的混凝土单轴受拉/压应力-应变关系曲线相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的应力-应变参数;将试验参数和张劲公式法相结合,确定ABAQUS模型中混凝土损伤塑性模型所需的损伤因子参数。对比有限元分析结果和振动台试验结果,验证参数设置的有效性。ABAQUS有限元分析和振动台试验所得原型结构前三阶振型和自振周期相差很小,说明ABAQUS模型和参数设置能够反映并用于计算实际结构的弹性响应。ABAQUS有限元分析得到的结构损伤情况与试验模型的损伤情况基本一致;结构的顶点加速度曲线和滞回曲线等响应的有限元分析结果与试验结果在多遇地震作用下基本吻合,但由于振动台试验累积损伤的影响,两者的差异随着地震波幅值的增大而逐渐增大;ABAQUS有限元分析得到的位移包络曲线与剪力墙结构弯曲变形的特点相符。以上弹塑性分析结果进一步表明了ABAQUS模型和参数设置能够很好地模拟结构在地震作用下的响应。     

填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙性能试验研究

建立了填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙的力学模型,基于通用有限元软件ABAQU S,对具有不同形式的钢筋混凝土剪力墙进行了数值模拟,通过对其在相同加载速率下的弹塑性分析,探讨了开缝填充粘弹性材料的剪力墙和整体墙、开缝墙的性能,以及粘弹性材料缝的尺寸等因素对剪力墙性能的影响。试验结果表明,开缝后填充粘弹性材料,在剪力墙承载力降低不大的前提下,很好地提高了墙体的延性与耗能能力,性能优于其他2种形式的剪力墙,并且剪力墙的承载力和延性受粘弹性材料竖缝的长度的影响较大,而受开缝宽度的影响则很小。     

基于OpenSees平台的钢管混凝土结构力学性能数值模拟

基于非线性纤维梁-柱单元理论,以OpenSees为求解平台分别进行了钢管混凝土结构滞回曲线计算和弹塑性动力时程分析等数值模拟,计算结果与试验吻合良好。钢管内核心混凝土采用考虑钢管约束效应的应力—应变关系,钢材采用随动强化本构模型。在传统纤维模型法的基础上,通过直接在截面层次定义非线性剪切恢复力的方法建立了考虑非线性剪切效应的剪力墙结构数值模型,结果表明该模型能较好地模拟组合剪力墙的抗剪承载力、捏缩效应以及刚度退化等力学性能。对输入不同地震波下钢管混凝土框架体系的动力时程分析表明,基于OpenSees求解平台的非线性纤维模型法能够较好地模拟钢管混凝土框架结构的非线性动力特性。     

混凝土核心筒的有限元模拟及若干参数的影响分析

运用ABAQUS分析软件,建立水平荷载作用下的钢筋混凝土核心筒有限元模型,进行非线性分析,并将分析结果与大比例试件的试验结果对比,对所采用的有限元模型加以验证。在此基础上,进行改变钢筋混凝土核心筒轴压比、高宽比和筒壁厚度的受力过程模拟分析,研究这些参数对筒体性能的影响。结果表明：随着轴压比的增大,筒体的破坏由受拉向受压破坏转变,筒体最大水平承载力经历先增加后减小的变化,延性变差;随着高宽比的增大,筒体破坏形态由剪切向弯曲破坏转变,延性增加,整体弯曲作用更加明显,最大底部剪力减小;随着壁厚的增大,试件破坏由截面压屈失稳向墙肢底部受弯破坏转变,墙肢破坏区域沿高度方向发展,耗能能力更强,承载力明显增大,变形能力显著增加。     

高强混凝土剪力墙非线性有限元分析

为适应高强材料在土木工程结构中的应用发展需要,本文研究高强混凝土剪力墙在不同参数影响下的受力状态、应力分布以及承载力的变化规律,为高强混凝土剪力墙设计提出合理建议.利用有限元分析软件对高强混凝土剪力墙进行模拟分析,并将模拟结果与试验结果进行对比.在确定数值分析结果的正确性后,进行不同轴压比、剪跨比及不同配筋条件下该类构件数值模拟分析,以研究各参数对高强混凝土剪力墙延性的影响.明确各参数对高强混凝土剪力墙受力性能的影响效果,得出高强混凝土剪力墙承载力随各参数变化的规律.