内置型钢装配式混凝土剪力墙节点抗震性能研究

发布时间：2020-10-18 17:12

　　 本文针对目前常用的装配式混凝土剪力墙结构存在的连接节点复杂、施工效率低、连接节点施工质量不容易检查和控制的缺点,提出一种新型内置型钢装配式混凝土剪力墙结构。装配式建筑连接节点的安全性、可靠性决定着装配式结构的成败。我国是地震多发国家,对装配式建筑结构节点性能的要求更高。本文对新型内置型钢装配式混凝土剪力墙结构节点的抗震性能开展了研究。本文是在充分调研国内外装配式建筑的发展与应用及研究进展的基础上,将型钢混凝土结构与装配式结构相结合,设计了一种新型内置型钢装配式混凝土剪力墙节点连接方式,并取得了相关专利成果。该节点连接充分发挥型钢骨架与混凝土的共同作用,有利于提高抗震性能;并且简化了施工步骤,易于施工质量控制,降低了施工难度。本文通过拟静力试验、理论分析、有限元模拟等方式对新型内置型钢装配式混凝土剪力墙结构节点的抗震性能开展了综合的研究。具体研究内容如下:(a)提出采用工字钢作为核心,并由箍筋和混凝土包裹,作为装配式剪力墙的边缘约束区,预制墙板内均匀布置竖向和纵向水平钢筋,上下墙肢内的纵向钢筋分别在后浇层处弯折锚固的一种新型装配式节点连接方式。(b)内置型钢装配式混凝土剪力墙节点抗震性能试验,通过拟静力试验对节点的抗震性能开展研究,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化趋势、延性系数、能量耗散能力、破坏形态等。同时还研究了轴压比对节点的抗震性能的影响。(c)由于后浇层位于装配式墙体节点底部,受水平力作用时,墙肢底部弯矩最大,因此对后浇层上移的内置型钢装配式混凝土剪力墙节点的抗震性能进行试验研究,获得其相关试验参数,并分析了轴压比对后浇层上移节点的抗震性能的影响,与后浇层位于基础梁顶部的节点试件对比评价两种不同后浇层位置的墙肢节点的抗震性能。(d)根据内置型钢装配式混凝土剪力墙节点试件的拟静力试验结果,建立其恢复力模型,并与试验结果对比验证其有效性。(e)采用ABAQUS有限元软件对于内置型钢装配式混凝土剪力墙节点试验试件开展有限元模拟分析。建立了有限元分析模型,参考规范和已有研究成果,重点阐述了对于混凝土、型钢、钢筋等材料本构关系属性的定义,其中混凝土材料引入损伤模型以模拟其在低周反复作用下的破坏特性。得到了有限元试验结果的应变、应力、变形、结构损伤等云图和滞回曲线,对比有限元分析与试验研究的异同,并分析了原因。通过以上研究得到如下主要结论:(a)由于弯折钢筋和型钢的销栓作用,后浇层与预制墙板及基础底座间未出现明显的滑移变形;工字钢侧面焊接的短钢筋提高了墙体与工字钢的抗滑移能力,使墙体裂缝逐渐向上开展并延缓破坏,节点表现出良好的延性和变形能力;轴压比对试件的延性有较为显著的影响。(b)后浇层上移的内置型钢的装配式混凝土剪力墙节点试件,在后浇层与上下预制墙板未出现明显的滑移变形。与后浇层位于基础梁顶部的试件相比,极限承载能力稍高,延性也稍有增大,整体抗震性能较好。但后浇层上移后,对施工提出更高的要求,增加了施工的步骤。两组试件的破坏特征相近,低轴压比的内置型钢装配式剪力墙节点试件表现为弯剪破坏。屈服荷载下,位移比满足弹塑性层间位移角不超过1/120的要求。(c)在拟静力试验研究得到的滞回曲线与骨架曲线等基础上,采用试验拟合法,得到了内置型钢装配式混凝土节点试件在低周反复荷载作用下的四折线骨架曲线,由力学计算和试验修正给出开裂刚度的计算方法,进而推导出各个关键点的刚度,给出考虑约束区混凝土极限压应变提高的峰值荷载计算方法,进而计算出各个关键点的荷载,给出了考虑试件屈服后刚度退化的卸载刚度计算拟合公式和滞回路径,综合以上建立了内置型钢装配式混凝土剪力墙恢复力模型。(d)通过ABAQUS有限元软件对内置型钢装配式混凝土剪力墙节点试验试件进行有限元模拟分析,其结构损伤表现明显、滞回曲线的捏拢效应体现了弯剪破坏的特点,通过模拟加载低周反复荷载与试验研究结果做比较,采用的有限元分析模型,能够较好的模拟试验工况,基本体现了试件应力、应变、位移、损伤的过程和破坏特征。上述研究是建立型钢装配式混凝土剪力墙结构体系的研究基础,为其抗震性能的研究提供了理论支撑,将有利于此种结构体系的推广应用,进而为我国装配式建筑的工业化发展做出贡献。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU398.2;TU352.11
【部分图文】：

制的《PCI 设计手册》（Design Handbook Precast and Prestressed Concrete），完整的介绍了装配式结构的设计方法，对于欧洲和我国的装配式结构设计发展与规范编制有很大的影响。如图（图１-1）是一栋 7 层的停车楼，采用了标准化的预制混凝土构件 1028 块。图 １-1 美国密西西比大学北停车楼加拿大装配式建筑的发展与美国相似，特别是在官方投资的公用建筑中应用

大哥伦比亚大学 Brock Commons18 层木推进装配式建筑的发展，在新产品开发国的大城市中，装配式建造已是常态（建筑为主，施工快速，对环境影响小。绿色节能建筑。配式建筑的推进，因此从生产、建造、得到了较快发展。

产方面着力[5]。在英国的大城市中，装配式建造已是常态（图１-3），在中小城市，以装配式木结构建筑为主，施工快速，对环境影响小。大型建筑普遍采用工具化施工，大力推广绿色节能建筑。由于政府主导装配式建筑的推进，因此从生产、建造、维护到相应的材料和物流产业等全产业链得到了较快发展。图１-3 英国伦敦 Leicester Square Hotel 装配式混凝土剪力墙结构主体施工法国 1891 年就开始发展装配式建筑，是全球最早开始推进装配式建造的国
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本文编号：2846578