全装配式螺栓连接RC墙板抗震性能研究

摘要

近年来，装配式建筑受到广泛关注，其生产效率高、资源消耗少、对环境友好等诸多优点使其成为国家大力推广的建筑形式。在此背景下，本文介绍了一种新型钢筋混凝土全装配式螺栓连接墙板(FullyAssembledBoltedWallPanel,简称FABWP)结构，该结构通过螺栓连接进行组合装配，是一种全干式连接的装配式剪力墙结构体系。与传统装配式剪力墙结构相比，FABWP结构具有无湿作业、建设周期短、人工成本低、可拆卸重复使用等优点，适用于设备用房、附属设施、部队营房等低矮层建筑，以及新农村和小城镇建设，具有广阔的市场前景。然而，目前FABWP结构的地震破坏模式和抗震性能尚不明确，相关研究也鲜见报道。基于此，本文采用模型试验和数值模拟相结合的手段，对FABWP墙板的抗震性能进行研究，开展的工作及主要成果如下：　　(1)梳理了国内外装配整体式剪力墙结构的发展现状，总结了现有的研究成果，并针对现有装配整体式剪力墙存在的问题进行了深入分析，阐明了研究FABWP墙板抗震性能的目的及意义。　　(2)设计并制作了FABWP墙板试件，并对其进行了低周往复荷载作用下的拟静力试验。试验结果表明：墙板试件的最终破坏形态为螺栓连接节点处混凝土受压破坏，裂缝主要集中在墙板角部节点、螺栓连接节点附近，墙体沿高度方向裂缝开展较少；当加载位移接近试件的峰值位移时，边缘受压纵向钢筋首先发生屈服，随着加载位移的增大，连接节点两侧纵向钢筋也发生屈服，而墙体中上部钢筋应力较小；墙板中下部混凝土发生受拉破坏，应变沿墙板高度方向减小；刚度退化主要集中在试件屈服之前，试件屈服后，刚度衰减明显放缓；试件正负向加载的位移延性系数均大于4，表现了出良好的塑性变性能力；试件的能量耗散系数随加载位移的增大总体呈上升趋势。　　(3)利用有限元程序ADINA对FABWP墙板试件进行了数值模拟，通过与试验结果的对比分析验证了数值模型的有效性。在此基础上，对FABWP墙板抗震性能的关键影响因素进行了参数化分析，研究结果表明，当轴压比从0.05增大到0.2时，试件的峰值荷载提高了20.2%，但延性系数降低了17%；当螺栓强度等级从8.8级提高到10.9级时，试件的承载能力并无显著变化；但增加连接螺栓数量可以提高节点的连接性能，当每片墙板设置三个螺栓时试件的极限荷载提高了173.3%，但延性系数下降41%；当混凝土强度等级从C30提高至C50时，试件的峰值荷载提高了32%，延性系数降低了23.2%；当试件的截面配筋率从0.56%增大至1.26%时，试件的峰值荷载提高了27.8%，延性系数降低了19.6%。此外，基于参数化分析结果，对FABWP墙板进行优化设计，并将优化后的模型与现浇模型进行对比分析，结果表明，优化后FABWP墙板具有较好的承载能力，屈服荷载和峰值荷载与现浇模型的差距分别为3.3%和2.3%，均在10%以内。

目录

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第1 章绪论

1.1 引言

1.2装配式剪力墙结构节点连接方式研究现状

1.2.1 浆锚搭接连接及灌浆套筒连接

1.2.2 后浇混凝土连接

1.2.3 无粘结后张预应力连接

1.2.4 螺栓连接

1.3 既有研究的问题与不足

1.4 本文技术路线及主要研究内容

第2 章全装配式螺栓连接RC 墙板结构体系

2.1 FABWP 结构体系构成

2.1.1 主要构件

2.1.2 连接方式

2.1.3 FABWP 结构施工流程

2.2 FABWP 存在的问题

第3 章 FABWP 墙板拟静力试验方案

3.1 试验内容及目的

3.2 试件设计与制作

3.2.1 试件的设计

3.2.2 试件制作

3.3 钢筋及混凝土材性试验

3.3.1 钢筋力学性能

3.3.2 混凝土材性试验

3.4 试验加载方案

3.4.1 试验加载装置

3.4.2 加载制度

3.5 测量方案

3.5.1 钢筋应变

3.5.2 混凝土应变

3.5.3 位移测量

3.6 本章小结

第4 章 FABWP 墙板拟静力试验过程及结果分析

4.1 试验过程

4.1.1 墙板 CQB1 试验现象

4.1.2 裂缝开展

4.2 试验结果分析

4.2.1 试件荷载-位移滞回曲线

4.2.2 试件骨架曲线

4.2.3 钢筋应变分析

4.2.4 混凝土应变分析

4.2.5 试件刚度退化

4.2.6 试件延性系数和变形能力

4.2.7 试件耗能能力

4.3 本章小结

第5 章 FABWP 墙板有限元分析

5.1 有限元程序 ADINA简介

5.2 FABWP 墙板有限元模型前处理

5.2.1 实体模型的建立及网格划分

5.2.2 单元类型以及材料模型

5.2.3 边界与荷载

5.2.4 接触设置

5.2.5 加载制度

5.3 有限元模型的验证

5.3.1 荷载-位移曲线对比

5.3.2 荷载特征值对比

5.3.3 破坏形态对比

5.3.4 边缘钢筋应力对比

5.4 抗震性能影响因素化分析

5.4.1 轴压比

5.4.2 螺栓强度等级

5.4.3 混凝土强度等级

5.4.4 截面配筋率

5.4.5 连接螺栓个数

5.5 优化模型与等效现浇模型对比

5.5.1 等效现浇有限元模型验证

5.5.2 优化模型和等效现浇模型的建立

5.5.3 优化模型和等效现浇模型计算结果分析

5.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献