装配式轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构振动台试验研究

摘要

装配式轻钢高强发泡混凝土剪力墙体系是由本课题组和金道普禾新型建材有限公司在合理利用废弃秸秆的基础上，联合开发的一种新型剪力墙结构体系，与此同时，本课题组和中建钢构合作，实现了该剪力墙结构体系房屋的预制拼装施工工艺，为后期的工厂化施工提供了参考。本文参考本课题组之前的研究成果和相关文献，浇筑了一幢轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构房屋。对该剪力墙结构房屋进行振动台试验，研究此类剪力墙结构房屋的抗震性能，并在此基础上提出一些建议供设计和施工参考。
　　本文对装配式轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构房屋足尺模型进行了地震模拟振动台试验，分析了模型的破坏现象，分析轻钢高强发泡混凝土剪力墙的抗震薄弱部位，检验轻钢高强发泡混凝土剪力墙的抗震能力。
　　本文对试验采集到的结构加速度、位移和应变结果进行分析，研究了在不同地震波、不同烈度下，试验模型的自振频率、阻尼比的变化等动力特性;分析了不同工况下试验模型加速度和位移响应;分析了轻钢龙骨在地震作用下的受力特性及其对结构抗震性能的影响。
　　根据试验结果评价轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构体系房屋的抗震性能，得出以下结论。该类剪力墙结构房屋能够满足9度抗震设防区建筑“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标甚至更高设防的抗震要求。故在实际工程推广应用中，可以采用装配式轻钢高强发泡混凝土剪力墙体系，充分发挥该剪力墙结构体系较好的抗震性能。
　　本文在试验和课题组已有研究成果的基础上还进行了相关的理论研究，参考了《轻钢轻混凝土结构技术规程》(JGJ383-2016)中剪力墙的抗震抗剪承载力验算公式，经过与试验中观察到的墙体极限受力状态对比，可知采用此理论计算公式是行之有效的，并具有一定的安全储备。
　　本文利用Abaqus有限元分析软件对轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构房屋进行了动力时程分析，得出其在地震作用下结构频率的变化，绘出其在地震作用下的应力云图，分析其损伤部位，研究其抗震性能，并与试验结果进行比较。比较发现有限元模拟与试验结果基本吻合，可以为轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构提供参考。对多层轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构房屋进行有限元分析后，得到以下结论:在7度区，发泡混凝土不低于5MPa的情况下，256mm厚高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋的最大高度为26.4m（8层）;在8度区，发泡混凝土不低于5MPa的情况下，256mm厚高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋的最大高度为19.8m（6层）;在9度区，发泡混凝土不低于5MPa的情况下，256mm厚高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋的最大高度为9.9m（3层）。
　　本文的研究成果不仅为轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构建筑提供了可靠的设计和施工依据，同时对轻钢高强发泡混凝土剪力墙结构深层次的研究具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 发泡混凝土

1．1．2 轻钢龙骨墙柱结构体系

1．1．3 秸秆板

1．2 秸秆板轻钢高强发泡混凝土自保温剪力墙体系

1．3 国内外研究现状

1．3．1 轻钢结构墙柱体系的抗震性能研究现状

1．3．2 发泡混凝土性能的研究现状

1．4 主要研究内容

第二章 模型制作和试验方案

2．1 实验模型设计依据

2．1．1 试验室现有实验条件

2．1．2 发泡混凝土、轻钢龙骨和秸秆板

2．1．3 试验模型设计依据的规范和规程

2．2 试验方案简介

2．2．1 试验模型介绍

2．2．2 试验房屋模型制作

2．3 试验模型材料的力学性能

2．3．1 高强发泡混凝土强度测试

2．3．2 轻钢立柱强度测试

2．3．3 秸秆板强度测试

2．4 模型振动台试验方案

2．4．1 试验设备

2．4．2 传感器及应变片布置

2．4．3 地震波的选取及实现方式

2．4．4 试验工况及步骤

2．5 本章小结

第三章 轻钢高强发泡混凝土剪力墙房屋振动台试验过程及试验数据分析

3．1 试验过程及试验现象

3．2 试验现象分析

3．2．1 模型破坏过程

3．2．2 其他现象分析

3．3 试验模型的动力特性分析

3．4 试验模型的加速度反应分析

3．4．1 模型输入与台面反馈加速度峰值数据比较

3．4．2 加速度动力放大系数

3．5 试验模型的位移反应分析

3．6 试验模型的应变反应分析

3．7 本章小结

第四章 轻钢高强发泡混凝土剪力墙房屋抗震性能分析

4．1 轻钢高强发泡混凝土剪力墙承载力计算原理

4．1．1 轻钢高强发泡混凝土剪力墙偏，b受压承载力计算公式

4．1．2 轻钢高强发泡混凝土剪力墙在偏心受压时斜截面受剪承载力计算公式

4．2 轻钢高强发泡混凝土剪力墙地震作用计算原理

4．2．1 模型水平地震作用计算

4．2．2 剪力墙类别判别

4．2．3 剪力墙的抗侧刚度

4．2．4 水平荷载在各榀剪力墙之间的分配

4．2．5 双肢剪力墙内力计算

4．3 模型各墙体抗震能力验算

4．4 本章小结

第五章 轻钢高强发泡混凝土剪力墙房屋弹塑性有限元分析

5．1 研究背景

5．2．1 力学模型的简化及实现

5．2．2 材料模型及单元类型的选择

5．3 试验模型有限元分析及试验结果对比

5．3．1 试验模型的模态计算及结果分析

5．3．2 试验模型的动力时程分析

5．4 典型高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋的抗震性能分析

5．4．1 典型高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋建筑概况

5．4．2 典型高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋有限元模型的建立

5．4．3 典型高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋的模态分析

5．4．4 典型高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋的时程分析

5．4．5 多层高强轻钢发泡混凝土剪力墙房屋的时程分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 展望

致谢

参考文献