新型节能页岩烧结砌块结构受力性能及设计方法研究

摘要

“十一五”期间开发了单一墙体材料满足建筑节能65％的目标要求的新型节能页岩烧结砌块,并已建成国内第一条、世界上规模最大的新型节能页岩烧结砌块生产线,奠定了新型节能页岩烧结砌块在我国广泛推广应用和开展国际合作的良好基础,但是由于受到时间和应用条件的限制,尚未进行力学性能、抗震性能和设计方法研究。
　　本文针对新型节能页岩烧结砌块——页岩烧结保温砌块和页岩烧结复合外墙保温砌块(WDF)展开系统的试验研究,并根据试验研究成果提出结构设计方法,为新型节能页岩烧结砌块的推广和应用提供支撑,本文具体研究内容如下:
　　(1)页岩烧结保温砌块砌体力学性能试验研究
　　针对29排孔和21排孔两类页岩烧结保温砌块分别开展了砌体抗压性能试验和抗剪性能试验研究,获得了页岩烧结保温砌块砌体基本力学性能指标,掌握了该类砌体破坏特征和破坏机理,提出了抗压强度和抗剪强度计算表达式,并对砌体变形性能进行研究,得到砌体应力-应变关系式,给出了弹性模量计算表达式和泊松比建议取值;此外还进行了29排孔页岩烧结保温砌块砌体在剪压复合受力状态下的抗剪性能试验,掌握了剪压破坏的基本特征,提出了砌体静力抗剪强度计算公式。
　　(2)页岩烧结保温砌块承重墙体抗震性能试验研究
　　通过10片足尺页岩烧结保温砌块墙体试件低周反复荷载试验,分析了该类墙体破坏形态和破坏特征,同时对墙体各项抗震性能指标(滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化、抗震抗剪承载力等)进行了详细的分析和计算,并针对墙体恢复力模型和抗倒塌性能进行分析,最后提出了页岩烧结保温砌块墙体抗震抗剪承载力建议公式,为页岩烧结保温砌块的推广和应用提供了试验数据和理论支持。
　　(3)页岩烧结保温砌块框架填充墙平面外振动台试验研究
　　通过对四片足尺单层单跨页岩烧结保温砌块框架填充墙试件进行平面外模拟地震振动台试验,研究了在El-Centro波、Taft波、天津宁河波和Double El-Centro波等地震波作用下模型结构反应的特点,通过频率、加速度、相对位移、钢筋应变反应分析了填充墙与框架结构之间的连接构造措施对模型结构的平面外地震反应的影响,建议在实际工程中采用与框架均柔性连接的构造方式,水平拉结带间距不超过五皮砌块高度、填充墙与框架梁之间的拉结筋间距取1m。
　　(4)剪力墙外贴WDF保温体系平面外振动台试验研究
　　通过对四片足尺剪力墙外贴 WDF保温体系试件进行平面外模拟地震振动台试验,研究了在El-Centro波、Taft波、天津宁河波和Double El-Centro波等地震波作用下模型结构反应的特点,通过频率、加速度、相对位移、钢筋应变反应分析了锚栓布置数量及布置形式对模型结构的平面外地震反应的影响,建议在工程设计中可适当考虑加强结构顶部构造措施,比如增加锚栓个数等。
　　(5)页岩烧结保温砌块墙体刚架-等效单斜撑力学模型
　　在页岩烧结保温砌块墙体低周反复荷载试验研究的基础上,提出了页岩烧结保温砌块墙体刚架-等效单斜撑力学模型,并采用SAP2000有限元分析程序分别对该模型在弹性阶段和弹塑性阶段进行分析验证。通过分析提出了等效单斜撑有效宽度计算公式,确定了等效单斜撑塑性铰的基本属性,提出了等效单斜撑轴向屈服力和屈服位移计算表达式,并提出了等效单斜撑塑性铰的力-位移本构关系,通过和试验结果比较发现,利用页岩烧结保温砌块墙体刚架-等效单斜撑力学模型可以很好地反映原型结构在弹性阶段和弹塑性阶段的受力性能。
　　(6)新型节能页岩烧结砌块结构设计方法研究
　　根据试验研究成果和实际工程应用资料以及现有规范规定,分别提出页岩烧结保温砌块砌体强度设计指标、页岩烧结保温砌块墙体抗震设计方法、新型节能页岩烧结砌块结构构造技术和新型节能页岩烧结砌块结构施工技术,为《页岩烧结保温砌块结构设计规程》、《页岩烧结保温砌块结构构造图集》和《新型节能页岩烧结砌块结构施工技术规程》的编制提供基本参数,并为新型节能页岩烧结砌块的推广和应用提供依据。

目录

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英文摘要

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1 绪论

1.1 研究课题的提出

1.2 砌体结构墙体抗震性能研究现状

1.3 框架填充墙抗震性能研究现状

1.4 外墙外保温体系抗震性能研究现状

1.5 本文研究的新型节能页岩烧结砌块

1.6 本文主要研究内容和技术路线

2 页岩烧结保温砌块砌体力学性能试验研究

2.1 引言

2.2 材料性能

2.3 页岩烧结保温砌块砌体基本力学性能试验研究

2.4 页岩烧结保温砌块砌体剪压复合受力性能试验研究

2.5 本章小结

3 页岩烧结保温砌块承重墙体抗震性能试验研究

3.1 引言

3.2 试验概况

3.3 破坏过程分析

3.4 试验结果及分析

3.5 试件钢筋受力分析

3.6 恢复力模型

3.7 抗倒塌能力分析

3.8 抗震抗剪承载力分析

3.9 本章小结

4页岩烧结保温砌块框架填充墙平面外振动台试验研究

4.1引言

4.2 试验概况

4.3试验结果及分析

4.4 本章小结

5 剪力墙外贴WDF保温体系平面外振动台试验研究

5.1 引言

5.2 试验概况

5.3 试验结果及分析

5.4本章小结

6 页岩烧结保温砌块墙体刚架－等效单斜撑力学模型

6.1 引言

6.2 页岩烧结保温砌块墙体刚架－等效单斜

6.3 页岩烧结保温砌块墙体刚架－等效单斜撑力学模型弹塑性分析

6.4本章小结

7 新型节能页岩烧结砌块结构设计方法研究

7.1 引言

7.2 页岩烧结保温砌块砌体强度设计指标

7.3 页岩烧结保温砌块墙体抗震设计

7.4 新型节能页岩烧结砌块结构构造技术

7.5

8 结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

附录