装配整体式框架-现浇剪力墙结构抗震性能研究

摘要

装配式混凝土结构是当前我国建筑业发展的主要方向，框架-剪力墙结构作为广泛使用的结构形式之一，其装配技术和抗震性能是当前研究的热点问题。框架-剪力墙结构中，剪力墙作为最主要的抗侧力体系，是第一道抗震防线，规范建议采用现浇。本文首先根据装配整体式框架-现浇剪力墙结构的受力特点，提出了其拆分和装配方案，然后对其抗震性能进行研究，具体工作如下:
　　(1)分析装配式构件拆分原则及拆分方式，总结国内外装配式混凝土结构柱-柱连接、梁-柱连接的方法，提出了本文装配整体式框架-现浇剪力墙结构的构件拆分及连接方案，其中预制柱之间采用灌浆套筒连接，梁-柱节点采用U形钢筋在梁端进行搭接，再后浇混凝土进行连接。
　　(2)通过ABAQUS软件对采用灌浆套筒连接的预制柱和采用U形钢筋搭接连接的梁柱节点进行有限元模拟，分析了其受力特点和破坏机理，并分析了不同参数对其力学性能的影响，结果表明:套筒连接柱有着与现浇柱等同的受力特性，座浆层强度高于预制构件强度时，强度的大小对预制柱承载力无明显影响，随着座浆层厚度从10mm提高至20mm、30mm、40mm，承载力分别提高2.1％、3.7％、5.4％;当座浆层强度低于预制构件强度时，随着强度从40MPa降至20MPa、15MPa、10MPa，承载力降低5％、11％、21％，厚度从10mm提高至20mm、30mm、40mm，承载力分别降低2.6％、5.3％、8.2％。根据上述结论可见，座浆层强度对预制柱承载力影响最为关键，建议实际施工中座浆层的强度不应小于预制构件的强度，厚度建议取为20mm。U形钢筋与梁底部纵筋的水平搭接长度建议不小于400mm，后浇混凝土强度对节点承载力的贡献较小。
　　(3)根据提出的装配方案，设计了2榀两层两跨框架剪力墙子结构，1榀为全现浇试件，1榀为框架部分装配，剪力墙部分现浇的半装配试件。详细介绍了试件的装配方法，并对2榀试件进行低周反复加载，对比分析了试件的耗能能力、承载力、刚度退化、延性、屈服机制等抗震性能。结果表明:装配整体式框架-现浇剪力墙结构与现浇结构破坏形态相同，均表现为先是剪力墙根部屈服，然后框架部分的各层梁端，各柱根部屈服，呈现出框架-剪力墙两道防线抗震的特点;半装配试件的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载分别比现浇试件高出5.0％、2.2％、5.0％，延性系数低于现浇试件，分别为2.5、2.9，半装配试件的耗能能力略优于现浇试件，因此可认为装配式试件有着等同于现浇试件的抗震性能，并且在承载力及耗能方面略优;试验中还发现装配处未发生连接破坏，证明本文所采用的节点连接方法是可靠的。
　　(4)通过ABAQUS有限元软件对试验章节两个构件进行单调加载模拟，并与试验结果进行对比，结果表明:有限元模拟结果与试验吻合较好，装配试件与现浇试验屈服顺序一致;装配式试件随着轴压比的增加承载力逐渐增加，峰值承载力相比提高16.5％、30.4％、44.8％，前期刚度也会增加，提高比例为12.6％、40.4％、62.2％;提高装配式框架部分后浇混凝土强度对整体结构承载力影响很小，实际施工中后浇混凝土建议采用比预制构件高一等级的无收缩或者微膨胀混凝土。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 装配式混凝土结构的发展概况

1．2．1 国外装配式混凝土建筑发展

1．2．2 国内装配式混凝土建筑发展

1．3 装配式框架结构构件连接研究综述

1．3．1 装配式框架柱与柱节点连接研究

1．3．2 装配式框架梁与柱节点连接研究

1．4 装配式框架和框架剪力墙结构抗震性能研究综述

1．5 本文主要研究内容

第二章 装配整体式框架部分拆分及连接方案

2．1 装配整体式框架部分拆分方案

2．1．1 构件拆分原则讨论

2．1．2 装配整体式框架拆分方式

2．2 装配式框架部分构件连接方案

2．2．1 梁柱节点连接

2．2．2 柱与柱的连接

2．2．3 叠合梁的连接

2．3 本文采取的装配连接方案

第三章 装配式构件受力性能分析

3．1．1 模型的建立

3．1．2 材料本构

3．1．3 界面设定

3．1．4 套筒连接柱与现浇柱区别

3．1．5 参数分析

3．2 装配式梁柱节点模拟分析

3．2．1 模型的建立

3．2．2 材料本构及界面设定

3．2．3 参数分析

3．3 小结

第四章 装配整体式框架-现浇剪力墙抗震性能试验研究

4．1 试验概况

4．1．1 试件尺寸及配筋设计

4．1．2 试件施工

4．1．3 材料性能

4．1．4 加载及量测内容

4．2 试验过程

4．2．1 RC试件试验过程

4．2．2 PC试件试验过程

4．3 试验结果及分析

4．3．1 荷载-位移曲线

4．3．2 骨架曲线

4．3．3 刚度退化

4．3．4 延性和变形能力

4．3．5 耗能能力

4．3．6 钢筋应变

4．3．7 破坏机制分析

4．4 本章小结

第五章 装配整体式框架一现浇剪力墙抗震性能数值分析

5．1 ABAQUS程序概述

5．2 有限元模型

5．2．1 有限元模型及单元类型

5．2．2 材料参数

5．2．3 界面设置

5．2．4 模型的建立及求解

5．3 有限元数值模拟结果

5．3．1 荷载位移曲线

5．3．2 破坏过程分析

5．3．3 屈服顺序

5．4 参数分析

5．4．1 轴压比的影响

5．4．2 后浇混凝土强度的影响

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文