内藏钢板支撑预应力自复位剪力墙抗震性能研究

发布时间：2020-03-24 19:18

【摘要】：传统钢筋混凝土剪力墙因具有抗侧刚度大、水平承载力高等优点被广泛应用于高层建筑中。剪力墙结构在强震作用下往往发生严重破坏,严重影响了建筑在震后的使用功能,且结构在震后的永久残余变形很大,后期难以加固,有的甚至需要推倒重建,造成巨大的经济损失和资源浪费。已有学者提出的自复位钢筋混凝土剪力墙在地震作用下损伤较小且具有自复位能力,但因具有水平承载力低、耗能性能差和不具备多重抗震防线等缺点而限制了这类剪力墙的发展和应用。因此有必要研制出一种具有多重抗震防线、承载力和抗侧刚度与传统钢筋混凝土剪力墙相当、耗能性能和自复位性能好的自复位钢筋混凝土剪力墙。本文提出一种内藏钢板支撑预应力自复位钢筋混凝土剪力墙体系,组成部分包括钢筋混凝土端柱、底部两侧设置水平短缝无粘结预应力自复位剪力墙体、两侧钢筋混凝土空心墙体、空心墙体内藏X型钢板支撑等构件。为系统的研究内藏钢板支撑预应力自复位钢筋混凝土剪力墙体系的抗震性能,本文采取试验与有限元数值模拟相结合的方法。主要研究内容和结果如下:(1)设计制作一片内藏钢板支撑预应力自复位剪力墙试件,对其进行低周往复加载抗震试验,得到试件的破坏形态、承载力、滞回特性、刚度退化、耗能性能和残余变形等特征。试件的破坏集中在钢筋混凝土端柱,中部剪力墙基本没有损伤,墙肢开缝部位在往复加载过程中不断张开与闭合。试件具有较高的承载力和抗侧刚度。滞回曲线较传统自复位剪力墙的“旗帜型”更饱满,耗能性能得到了改善。滞回曲线具有明显的捏拢现象,残余变形较小,最大残余位移角为0.42%,表明体系具有自复位特性。钢筋混凝土端柱和钢板支撑的有机组合可以提高水平和竖向承载力,同时钢筋混凝土端柱和钢板支撑组成的耗能框架使得体系具有多道抗震防线。(2)基于试验结果,基于ABAQUS软件对试验试件进行有限元模拟。模拟得到的荷载-位移曲线和无粘结预应力筋的应力随加载位移的变化均与试验结果吻合较好,证明了有限元建模方法和选择的参数是可靠的。(3)在验证了有限元模型的准确性基础上,改变轴压比、无粘结预应力钢绞线的面积、无粘结预应力筋初始应力大小和钢板支撑截面尺寸和屈服强度等参数对试件进行补充分析。增加轴压比会提高试件的承载力和刚度;在预应力筋初始预拉力相同时改变预应力筋面积对承载力和刚度基本没有影响;提高预应力筋初始预应力试件的刚度和承载力均会提高;增加钢板支撑的截面尺寸和屈服强度试件的承载力会增大,同时可以增加体系的耗能。
【图文】：

试件制作,端柱

4 个与台座能通过锚杆连接的孔位，孔径为 50mm，同时在预应力筋端部锚固位设置凹槽。绑扎好钢筋笼之后支模固定，插入端柱纵筋及中部墙肢纵筋，在应力筋位置处安装 PVC 管。浇筑基座混凝土并养护。2. 端柱和墙身端柱和墙身混凝土分开浇筑。将端柱箍筋绑扎好后，在纵筋底部粘贴钢筋变片，埋置预埋件后支模，浇筑 C30 自密实混凝土。墙身的制作过程类似端柱绑扎好钢筋之后在部分纵筋和水平筋处粘贴钢筋应变片，插入钢板支撑，支模筑 C30 自密实混凝土。3. 加载梁加载梁截面尺寸为 250mmx350mm，绑扎钢筋支模后浇筑混凝土即可，，在应力筋顶部锚固位置设置凹槽。4. 预应力张拉待混凝土达到龄期后，在钢绞线顶部安装力传感器，两端安装夹片式锚具利用前卡式千斤顶张拉预应力筋应力至设计值并锚固，张拉过程如图 2.3 所示。

过程图,预应力张拉,力传感器,过程

a) 力传感器 b) 张拉千斤顶图 2. 3 力传感器及预应力张拉过程2.2.3 材料力学性能本文采用自密实混凝土浇筑试件，设计强度标号为 C30。配合比依据《自实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012[56]设计并经试配后确定，配合比为：水泥水：石子：砂：粉煤灰：减水剂=1:0.57:2.66:2.56:0.53:0.02。浇筑混凝土时，每预留三个边长为 150mm 的立方体试块并与试件同条件养护。在湖南大学土木工程学院的压力机上完成立方体块抗压强度的测试，现场如图 2.4，试验测得端柱和墙身混凝土抗压强度分别为 30.5 MPa 和 33.4 MPa。每种直径的普通钢筋和钢线预留三个试样进行拉伸试验，测量它们的屈服强度和极限强度。根据试验实的钢筋和钢绞线强度统计结果见表 2.1。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.2;TU352.11

【参考文献】