新型全装配式混凝土框架—剪力墙结构抗震性能研究

发布时间：2020-10-26 06:28

　　 发展装配式建筑是提升建筑工程质量和品质的重要措施之一,也是当前建筑业转型升级,实现建筑产业现代化的重要举措。装配式混凝土框架-剪力墙结构具有平面布置灵活、适用面广、建造速度快等显著优点,是工业化建筑的一种重要结构形式。本文在常见的装配整体式框架-现浇剪力墙结构的基础上,提出了新型全装配式混凝土框架-剪力墙结构。通过拟静力试验与数值分析,研究该新型结构的抗震性能,为其工程应用提供依据。论文主要工作及成果如下:(1)基于对现有装配整体式框架结构和装配整体式剪力墙结构拆分、装配方案的研究,提出了“灌浆套筒连接全装配式混凝土框架-剪力墙结构”和“U形筋连接全装配式混凝土框架-剪力墙结构”两种全装配式混凝土框架-剪力墙结构。(2)进行了2组共计144个钢筋约束浆锚搭接连接接头试件的拉伸试验,2组试件分别进行单向拉伸试验和高应力反复拉压试验。试验中综合考虑了纵向钢筋直径、纵向钢筋搭接长度、箍筋配筋率、混凝土强度等不同因素的影响。试验结果表明,钢筋约束浆锚搭接连接构造简单、施工方便,连接性能可靠。(3)提出了一种内嵌锥状体的新型灌浆套筒,该套筒利用低合金无缝钢管加工而成,通过在套筒筒体两端分别嵌固一个锥状体,并在对应于锥状体的套筒两端部位将套筒筒体进行滚压处理,使套筒的内径由里向外逐渐缩小,同时在套筒筒体上设置抗剪螺栓,大大增加了灌浆料与钢筋之间的粘结强度,达到了减小钢筋锚固长度、降低材料成本的目的。完成了4组共计12个新型套筒灌浆连接接头的单向拉拔试验,对该新型接头的承载力、残余变形、钢筋锚固段粘结应力分布规律进行了系统研究。通过对采用该新型套筒的预制柱的拟静力试验,验证了该新型灌浆套筒的连接可靠性。(4)采用有限元软件ABAQUS对预制装配式剪力墙的受力性能进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。鉴于高宽比、轴压比、截面配筋率和混凝土强度是影响预制装配式剪力墙受剪承载力的主要因素,故对上述因素进行了参数分析。结果表明,预制装配式剪力墙的受剪承载力随高宽比的增大而减小,延性随高宽比的增大先增大后减小;受剪承载力随轴压比的增大而增大,延性随轴压比的增大而减小;受剪承载力随截面配筋率的增大而增大,但延性持续减小;受剪承载力随混凝土强度的提高而增大,但增幅减缓。基于上述分析结果,给出了预制装配式剪力墙各参数取值的建议。(5)完成了2榀1/2比例两层两跨灌浆套筒连接装配式(其中1榀为全装配式,另1榀为半装配式)框-剪结构子结构模型试件和1榀同等现浇试件的拟静力试验,对比研究了结构的破坏模式、滞回性能、刚度退化、位移延性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明,灌浆套筒连接全装配式框-剪结构与同等现浇、同等半装配式框-剪结构的破坏模式基本相同,梁端塑性铰长度减小、位置外移,具有良好的耗能能力和较好的刚度特性。灌浆套筒连接全装配式框-剪结构的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于同等现浇结构的相应值,延性略小于同等现浇结构,加载过程中耗能较为平稳,具有良好的耗能能力。基于试验结果,给出了灌浆套筒连接全装配式框-剪结构的相关设计建议。(6)完成了2榀1/2比例两层两跨U形筋连接装配式(其中1榀为全装配式,另1榀为半装配式)框-剪结构子结构模型试件的拟静力试验。对比研究了结构的破坏模式、滞回性能、刚度退化、位移延性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明,U形筋连接全装配式框-剪结构与同等现浇、同等半装配式框-剪结构的开裂荷载相当,破坏过程和最终破坏形态基本相同;灌浆套筒、约束浆锚可有效传递钢筋应力;U形筋连接全装配式框-剪结构的整体性良好,其屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于同等现浇框-剪结构的相应值,位移延性系数较同等现浇框-剪结构的略低。在加载大部分阶段,U形筋连接全装配式框-剪结构的耗能都优于同等现浇框-剪结构。基于试验结果,给出了U形筋连接全装配式框-剪结构的相关设计建议。(7)采用有限元软件ABAQUS对上述两种全装配式混凝土框-剪结构试件进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。有限元参数分析表明,单纯提高后浇段混凝土强度不能显著提高结构的承载力;梁端箍筋间距对全装配式钢筋混凝土框-剪结构的承载力影响不大;随着轴压比(n_F/n_W)的增大,全装配式框架-剪力墙结构的承载力增大,而延性降低,极限位移减小。根据有限元数值分析结果,给出了两种全装配式框-剪结构上述各参数取值的建议。(8)对预制剪力墙的正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力,预制剪力墙水平接缝、竖向接缝的受剪承载力等进行了研究,结合试验和有限元分析结果,进一步提出了新型全装配式框架-剪力墙结构的设计方法,以便于该类结构进行推广应用。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU398.2;TU352.11
【部分图文】：

济的平稳运行。目前，我国住宅建筑行业面临的主要问题是：生产效率低，资源浪费严重，标准化程度不高，质效控制。解决上述问题的有效途径之一即是改革现有建筑建造方式，走建筑产业现代化的道路配式建筑是实现建筑产业现代化的重要途径。装配式混凝土结构（下文简称 装配式结构 ）是指由预制混凝土构件或部件装配、连接而成的构。装配式结构的主要受力构件和部件采用工业化方式生产，并通过现场装配连接而形成结构主统的现浇混凝土结构相比，具有工业化水平高、建造速度快、施工质量佳、减少工地扬尘和减少等优点，可以提高建筑质量和生产效率，降低建设成本，有效实现 四节一环保 的绿色发展发展装配式建筑是建造方式的重大变革。与传统建造方式相对，装配式建筑的主要部品如：预制合楼板、墙板、梁柱、楼梯、阳台等均采用工厂预制的形式，易于进行质量控制。现场施工时，预制构件，取消了传统的二次结构、抹灰、外贴保温等工序，节省了工期，同时减少扬尘污染；垃圾 80%；大规模采用机械化作业，节省人力；大量采用预制构件，施工现场模板使用量减少，少，节能减排效果明显（图 1-1）。装配式建筑具有工业化程度高、建设速度快、经济性好的特品按照建筑设计要求在工厂分开制造完成，实行工厂化作业；相关构件制造完成后运输至施工装连接后，形成满足预定功能要求的建筑物。相较传统的建筑方式，工业化建筑最大特点体现在准化、构配件生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化 五个方面，能显著提升施工效施工成本和改善作业环境[3]。

东南大学博士学位论文（PC）装配式技术。国内一些企业如万科、远大住工、中民筑友、宇辉集团、中南集团、龙信集元大、山东万斯达等企业乘此契机，建造研究基地及试点工程（见图 1-2），探索实践（PC）装，为装配式结构在我国的推广应用做出了重要贡献。同时，国家、地方装配式建筑相关图集和标准陆续推出，尤其是 2014 年国家行业标准 JGJ1-2014混凝土结构技术规程》[2]的颁布实施，使得行业人员应用装配式技术有了具体依据，对我国装配推广应用具有里程碑式的意义。

东南大学博士学位论文今年正值汶川特大地震十周年，十年弹指一挥间。但 2008 年 5 月 12 日 14 时 28 分 04 秒这一刻被永远铭记，在这一刻我们失去了 69227 位骨肉同胞，在这一刻我们见证了一幕幕用生命抒写的爱，在这一刻我们见证了大灾面前全国人民万众一心、众志成城的中国精神。回想起曾经震后满目疮幕幕惨景，依然会让人泪流满面！作为一名土木工程科研工作者，顿感肩上有千钧重担，更觉得只总结过去经验教训，科学合理地评价（评估）新型装配式结构的抗震性能，积极、稳妥地推进新型结构持续健康发展才是对罹难同胞最好缅怀和告慰。

本文编号：2856630