预制装配混凝土剪力墙结构新型混合装配技术研究

摘要

随着建筑行业的转型升级，作为建筑业发展重要方向的建筑工业化逐渐成为行业关注与研究热点，装配式混凝土结构则是建筑工业化的重要内容。由于在我国中、高层建筑尤其是建设需求量极大的住宅建筑中大量采用剪力墙结构，因此，装配式混凝土剪力墙结构成为我国当前发展重点，并形成了多种代表性的装配式混凝土剪力墙结构技术体系。
　　基于国外混合装配系统，为适应我国“等同现浇”理念，提出了新型“等同现浇”混合装配式混凝土剪力墙(Emulative hybrid shear wall system，以下简称EHSW)，通过集成后张无粘结预应力技术、浆锚钢筋局部无粘结技术以及扣接封闭箍筋技术，以期解决既有的装配式混凝土剪力墙与现浇剪力墙相比存在的开裂较早、混凝土破坏相对集中等问题。为验证并探讨EHSW的抗震性能，本文针对性地开展了系列模型试验、有限元模拟及理论分析工作。论文的主要工作及成果如下:
　　(1)对8片足尺EHSW模型和1片现浇对比模型开展了低周反复荷载加载试验，模型设计中考虑了预应力筋面积、预应力筋初始预应力、浆锚钢筋无粘结长度以及轴压比参数的变化，系统分析了模型的破坏形态、承载力、刚度、延性、耗能、残余变形等抗震性能指标，探讨了各设计参数对EHSW模型抗震性能的影响规律。
　　(2)基于试验结果，采用有限元分析软件ABAQUS建立其有限元模型，并将分析结果与试验结果对比以验证有限元模型对试验结果的再现性。并基于有限元模型，通过参数分析，将试验未考虑的参数取值进行补充分析，进一步验证或扩展试验得到的各设计参数对EHSW抗震性能的影响规律。
　　(3)基于既有受弯构件计算理论，探讨EHSW模型在开裂、屈服、极限等关键阶段或受力特征点的荷载与刚度计算方法。将初步计算结果与试验结果对比，根据参数影响规律的结论，采用数值拟合法，将对各强度、刚度理论解影响敏感的参数考虑进理论计算公式中，最终得出适用于EHSW、且与试验数据吻合良好的强度与刚度修正计算方法。
　　(4)基于建立的EHSW模型强度与刚度修正计算方法，分析EHSW模型试验滞回曲线与骨架曲线的形状特点，提出EHSW四折线骨架曲线数学模型，并建立其恢复力数学模型。通过与试验曲线的对比，建立的四折线模型与恢复力模型可较好地反映EHSW在水平荷载作用下受力全过程的荷载-位移特性与滞回特性。
　　通过上述试验研究与理论分析工作，对EHSW的抗震性能有了较为深入的了解，并得到了可行的设计计算方法，为EHSW后续进一步研究及工程应用奠定了数据与理论基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外相关研究成果

1．2．2 国内相关研究进展

1．3 论文研究内容

1．4 论文主要创新点

1．5 论文组织结构

第二章 EHSW模型试验设计与制作

2．1 EHSW的提出

2．2 试验目的

2．3 模型设计

2．3．1 模型尺寸

2．3．2 模型参数

2．3．3 模型细部构造

2．3．4 模型统计

2．4 模型制作

2．5 模型材料性能

2．6 模型加载

2．6．1 加载装置

2．6．2 加载制度

2．6．3 测量方案

2．6．4 轴压比换算

2．7 本章小结

第三章 EHSW试验结果分析

3．1 试验过程与试验现象

3．1．1 模型破坏过程

3．1．2 模型破坏形态

3．1．3 相关试验现象补充说明与原因分析

3．2 滞回曲线分析

3．3 骨架曲线分析

3．4 承载力分析

3．4．1 特征点承载力分析

3．4．2 承载力降低性能分析

3．5 刚度退化分析

3．6 位移延性分析

3．7 耗能能力分析

3．8 残余变形分析

3．9 钢筋应力/应变分析

3．9．1 预应力筋应力分析

3．9．2 普通钢筋应变分析

3．10 本章小结

第四章 EHSW试验有限元参数分析

4．1 有限元模型建立

4．1．1 ABAQUS介绍

4．1．2 单元类型选择

4．1．3 材料本构模型

4．1．4 界面模拟

4．1．5 单元划分

4．1．6 边界条件与加载

4．1．7 有限元模型

4．2 有限元模型验证

4．2．1 荷载-位移曲线对比

4．2．2 预应力筋应力对比

4．2．3 模型破坏形态对比

4．3 有限元参数分析

4．3．1 无粘结预应力筋面积参数分析

4．3．2 无粘结预应力筋预拉力参数分析

4．3．3 浆锚钢筋无粘结长度参数分析

4．3．4 轴压比参数分析

4．4 本章小结

第五章 EHSW强度与刚度计算方法

5．1 EHSW开裂荷载的计算方法

5．2 EHSW屈服荷载计算方法

5．2．1 EHSW受弯屈服荷载

5．2．2 EHSW受剪屈服荷载

5．2．3 EHSW屈服荷载确定

5．3 EHSW极限荷载计算方法

5．4 EHSW刚度计算方法

5．4．1 EHSW开裂阶段刚度计算

5．4．2 EHSW屈服阶段刚度计算

5．4．3 EHSW极限阶段刚度计算

5．5 本章小结

第六章 EHSW恢复力模型

6．1 恢复力模型概述

6．1．1 恢复力模型的分类

6．1．2 恢复力模型需确定的内容

6．1．3 剪力墙构件恢复力模型

6．2 单调荷载作用下EHSW骨架曲线模型

6．2．1 开裂点荷载与位移的确定

6．2．2 屈服点荷载与位移的确定

6．2．3 极限点荷载与位移的确定

6．2．4 破坏点荷载与位移的确定

6．2．5 四折线骨架曲线模型

6．3 往复荷载作用下EHSW恢复力模型

6．3．1 滞回规则

6．3．2 滞回路线

6．3．3 恢复力模型

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

作者简介