新型全预制装配式剪力墙结构抗震性能研究

摘要

预制装配式结构符合节能、减排的国家战略，是未来建筑发展的方向之一。本文借鉴钢结构的连接方式，提出采用高强度螺栓以及连接钢件将预制剪力墙连接起来，形成一种新型全预制装配式剪力墙结构。为了解这一新型全装配式剪力墙结构的基本力学性能及抗震性能，本文首先提取出该结构中的两类基本接缝（即水平接缝、竖向接缝），然后分别以含水平接缝全装配式剪力墙、含竖向接缝全装配式剪力墙为研究对象，进行一系列的试验研究、数值模拟及理论分析，具体研究内容和成果如下。
　　(1)含水平接缝全装配式剪力墙的试验研究
　　因研究目的不同，先后完成2批含水平接缝全装配式剪力墙的试验研究。首先，通过2个含水平接缝全装配式剪力墙试件的单调加载与低周反复加载试验，验证本文提出的采用高强度螺栓及连接钢框连接的水平接缝装配方案的可行性和可靠性，并从强度、刚度、延性以及耗能能力等方面对含水平接缝全装配式剪力墙的抗震性能进行研究。在此基础上，通过3个设置不同参数水平接缝连接件的全装配式剪力墙试件的单调加载试验，考察螺栓的规格、连接钢框的翼板厚度等因素对全装配式剪力墙基本力学性能、连接件的应力分布等的影响。
　　(2)含水平接缝全装配式剪力墙的非线性有限元分析
　　采用ABAQUS有限元软件对含水平接缝全装配式剪力墙进行数值模拟，从荷载-位移曲线、破坏形态等方面将有限元分析结果与试验结果进行比较，验证建模过程及参数设置的可靠性和合理性;在此基础上，对含水平接缝全装配式剪力墙中的螺栓规格、连接件之间的抗滑移系数、连接钢框的翼板厚度、连接件之间的初始缝隙、混凝土墙板的轴压比以及连接件的布置等因素进行广泛的参数分析，研究上述参数对该装配式剪力墙基本力学性能的影响。
　　(3)含水平接缝全装配式剪力墙的受力分析
　　在试验研究及有限元分析的基础上，分析水平接缝的受力机理，建立与连接件相关的特征荷载（连接件滑移荷载、连接钢框屈服荷载）的计算公式、进行连接钢框的翼板屈曲分析、得到与预制混凝土墙板相关的特征荷载（开裂荷载、屈服荷载）、截面承载力（正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力）、水平接缝受剪承载力、整体试件的变形能力（顶点侧移组成的定性与定量分析）等的计算公式。
　　(4)含竖向接缝工字形全装配式剪力墙的试验研究
　　因研究目的不同，先后完成2批含竖向接缝工字形全装配式剪力墙的试验研究。首先，通过2个含竖缝的工字形全装配式剪力墙试件的低周反复加载试验，验证本文提出的竖向接缝装配方案的可行性和可靠性，并从强度、刚度、延性以及耗能能力等方面对工字形全装配式剪力墙的抗震性能进行研究。在此基础上，改进连接构造，通过4个设置不同竖向接缝连接件参数的工字形全装配式剪力墙试件的单调加载与低周反复加载试验，从总体性能（荷载-位移曲线、特征荷载、特征位移、强度、刚度、延性）和局部性能（钢筋应变、连接钢框应变、连接件之间的滑移）两个方面分析改进后工字形全装配式剪力墙的抗震性能以及连接件参数对工字形全装配式剪力墙基本力学性能的影响。
　　(5)含竖缝工字形全装配式剪力墙的数值模拟与受力分析
　　采用ABAQUS有限元软件对含竖向接缝工字形全装配式剪力墙进行非线性有限元分析，从荷载-位移曲线、破坏形态等方面将有限元分析结果与试验结果进行比较，验证建模过程及参数设置的可靠性和合理性，然后对试件的破坏模式进行了进一步的揭示。在试验研究与有限元分析的基础上，建立合理假定，对工字形全装配式剪力墙试件的开裂荷载和屈服荷载、极限抗剪机制以及连接件的传力机制进行深入分析;并讨论连接构造的改进措施对工字形全装配式剪力墙抗震性能的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国外研究现状

1．2．1 大板体系

1．2．2 使用预制夹芯板材的预制剪力墙体系

1．2．3 无粘结后张预应力预制混凝土剪力墙体系

1．2．4 采用长圆孔螺栓连接的预制剪力墙

1．3 国内研究现状

1．3．1 装配式大板结构

1．3．2 叠合板式剪力墙体系

1．3．3 浆锚连接预制剪力墙

1．3．4 采用套筒挤压连接的预制剪力墙

1．3．5 型钢-混凝土组合装配式剪力墙结构

1．3．6 钢框架-混凝土墙组合结构

1．4 一种新型全预制装配式剪力墙结构

1．4．1 干式连接方案的构想

1．4．2 连接件的基本功能

1．5 本文的研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第二章 含水平接缝全装配式剪力墙的试验研究

2．1 试验概况

2．1．1 试件设计与制作

2．1．2 加载制度与加载装置

2．1．3 测试方案

2．2 试验现象

2．2．1 试件WH-1

2．2．2 试件WH-2

2．2．3 试件WH-r1

2．2．4 试件WH-r2

2．2．5 试件WH-r3

2．3 性能分析

2．3．1 荷载-位移曲线及特征点

2．3．2 抗侧刚度

2．3．3 耗能能力

2．3．4 钢筋应变分析

2．3．5 连接钢框应变分析

2．3．6 连接件之间的相对滑移

2．4 本章小结

第三章 含水平接缝全装配式剪力墙的非线性有限元分析

3．1 有限元建模

3．1．1 材料本构

3．1．2 单元类型及网格尺寸

3．1．3 边界条件及接触条件

3．1．4 分析步定义

3．1．5 加载方式

3．1．6 有限元模型

3．2 有限元模拟结果与试验结果的对比分析

3．2．1 水平荷载-顶点侧移曲线

3．2．2 墙板破坏形态

3．2．3 连接件的变形与应力

3．2．4 连接件之间的接触分析

3．2．5 连接件之间的相对滑移分析

3．3 有限元参数分析

3．3．1 螺栓规格的影响

3．3．2 抗滑移系数的影响

3．3．3 连接钢框翼板厚度的影响

3．3．4 初始缝隙的影响

3．3．5 轴压比的影响

3．3．6 连接件布置的影响

3．4 本章小结

第四章 含水平接缝全装配式剪力墙的受力分析

4．1 水平接缝的传力机制

4．1．1 传力路径

4．1．2 分析阶段划分

4．1．3 连接钢框应力分析

4．1．4 高强度螺栓

4．2 连接件的特征荷载

4．2．1 滑移荷载

4．2．2 连接钢框屈服荷载

4．2．3 连接钢框屈曲分析

4．3 预制墙板的特征荷载和承载力

4．3．1 开裂荷载和屈服荷载

4．3．2 正截面受弯承载力

4．3．3 斜截面受剪承载力

4．4 水平接缝受剪承载力

4．4．1 计算模型

4．4．2 设计方法

4．5 变形能力

4．5．1 试件几何尺寸的符号表示

4．5．2 侧移的组成分析

4．5．3 屈服位移

4．5．4 峰值位移

4．5．5 极限位移

4．5．6 侧移成分定量讨论

4．6 本章小结

第五章 含竖向接缝工字形全装配式剪力墙的试验研究

5．1 试验概况

5．1．1 试件设计与制作

5．1．2 预制墙板拼装

5．1．3 加载制度与加载装置

5．1．4 测试方案

5．2 试验现象

5．2．1 试件WV-1、WV-2

5．2．2 试件WV-r1

5．2．3 试件WV-r2

5．2．4 试件WV-r3

5．2．5 试件WV-r4

5．3 试件总体性能分析

5．3．1 荷载-位移曲线及特征点

5．3．2 抗侧刚度

5．3．3 耗能能力

5．4 试件局部性能分析

5．4．1 钢筋应变分析

5．4．2 连接钢框应变分析

5．4．3 连接件之间的滑移

5．5 本章小结

第六章 含竖缝工字形全装配式剪力墙的数值模拟与受力分析

6．1 有限元数值模拟

6．1．1 有限元模建模

6．1．2 荷载-位移曲线

6．1．3 混凝土墙板的破坏形态

6．2 特征荷载及承载能力分析

6．2．1 开裂荷载和屈服荷载

6．2．2 极限受剪承载力

6．2．3 计算值与试验值的比较

6．2．4 改进后试件的极限抗剪抵抗机制

6．3 连接件受力分析

6．3．1 弹性阶段连接件的受力

6．3．2 弹塑性阶段连接件的受力

6．3．3 计算值与试验值的比较

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要工作及结论

7．2 主要创新点

7．3 研究展望

参考文献

攻读博士期间发表的论文

致谢