钢网构架混凝土剪力墙结构约束边缘构件试验研究

摘要

住宅工业化是今后住宅行业发展的一大趋势。本文提出的钢网构架混凝土剪力墙结构是由冷弯格构型钢、卡条、钢板网、混凝土一体构成,包括复合墙体和复合楼板的一种新型建筑体系。该结构体系既保持了传统钢筋混凝土剪力墙的优异性能,又克服了传统剪力墙结构施工周期长、施工复杂、模板及脚手架用量大等缺点。课题前期研究过应用于多层的钢网构架混凝土剪力墙结构体系,本文以前期成果为基础,对该结构应用于高层建筑进行了试验研究。
　　 本文共制作了五片试件进行低周反复水平荷载试验,研究墙体的受力状态、开裂部位、裂缝发展情况以及破坏形态;得到了荷载—位移滞回曲线,分析了墙体的滞回特性、延性、耗能能力及刚度退化等抗震性能。试验表明,墙体具有较高的承载能力、良好的抗震性能和延性。钢网构架混凝土整截面试件破坏过程包括:墙体弹性工作阶段;根部水平裂缝不断发展的裂缝阶段;根部钢板网撕裂、约束边缘部位格构钢和纵筋屈服的屈服阶段;钢板网彻底撕开、约束边缘部位格构钢和纵筋拉断的破坏阶段;试件最终破坏模式是弯曲破坏,满足“强剪弱弯”的原则。开洞试件由于洞口连梁裂缝的不断开展导致连梁最终剪切破坏,满足“强墙弱梁”的原则。钢网构架混凝土在抗震能力上不比传统钢筋混凝土墙体差甚至更具优越性,能够较好的替代传统剪力墙结构,应用于实际工程中。格构钢搭接构造一插环能较好地传递应力,是较合理的构造措施。
　　 在试验的基础上,将试验手段和有限元数值理论分析结合起来,利用有限元程序ANSYS对墙体进行非线性有限元分析,并对其承载性能和裂缝发展进行了比较和分析。通过ANSYS有限元分析结果与试验结果的对比分析可知,二者的屈服荷载、极限荷载以及裂缝的发展和分布情况较吻合;约束部位配箍率对墙体承载能力的影响并不显著,但配箍率高的墙体延性较好;纵向钢筋对墙体的承载能力有一定的影响,配筋率高的墙体承载能力更高。结果表明有限元模型节点分析的荷载—位移曲线和试验测得数据符合良好,这说明选用合理的材料本构模型,利用ANSYS可以较好地模拟试验过程,为进一步的理论研究打下了良好的基础。
　　 分析混凝土应变规律可知,混凝土应变在弹性阶段时呈现较明显的线性关系,满足平截面假定,可以利用平截面假定进行计算。参照钢筋混凝土计算办法计算试件承载力,计算结果与试验结果吻合较好,因此钢网构架混凝土剪力墙承载力的计算可以将型钢等效为钢筋后按照钢筋混凝土剪力墙计算方法进行计算。
　　 由试验结果和理论分析可得出如下结论:本文所研究的钢网构架混凝土剪力墙具有较高的承载能力、良好的抗震性能,能够满足抗震设计的要求,可应用于一般高层建筑,是一种有发展前景的结构体系。