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预制叠合剪力墙是从德国引进的一种适合我国住宅产业化的建筑结构体系,其实际工程应用主要包括设计、工厂预制生产、运输、现场安装施工等流程,具有工厂制作标准化、现场施工流程化等优点,使得该结构体系不仅质量稳定可靠、节能环保,而且施工速度快,可以缩短工期、降低综合造价。近些年来伴随着我国住宅产业化事业的发展,预制叠合剪力墙体系也得到了积极的研究与推广,在部分地区已经取得了一定的应用,但是对该建筑体系的应用仍不可避免地存在一些亟待解决的难题。预制叠合剪力墙应用于高层建筑时,需要的墙体厚度可能较大,这种情况下会使预制墙体空腔内形成大面积的素混凝土,导致剪力墙截面应力分布不均匀。此外,预制叠合剪力墙与上下部结构连接的水平拼缝以及与水平结构连接的竖向拼缝相对薄弱,严重影响结构的整体性及抗震性能,这些问题都使得预制叠合剪力墙结构的应用受到一定的限制。 为了改善预制叠合剪力墙的水平拼接节点构造,并提高水平拼接叠合剪力墙的整体性及抗震性能,本文结合本课题组应用暗支撑于剪力墙结构取得的研究成果,设计了一种带暗支撑的新型水平拼接叠合剪力墙,即将左右两部分预制墙体水平拼接再在拼接节点处现浇暗柱,而且在墙体塑性铰范围内布置有左右两个 X型钢板暗支撑。 本文同时结合了试验研究与非线性有限元分析,对带暗支撑水平拼接叠合剪力墙进行了系统的研究与分析,主要研究内容如下: (1)对1片带钢板暗支撑的全现浇自密实混凝土剪力墙和1片带钢板暗支撑的水平拼接自密实混凝土叠合剪力墙进行了拟静力试验,系统地比较分析了两个试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度退化及耗能等性能。试验结果表明:与全现浇剪力墙相比,水平拼接叠合剪力墙的裂缝分布及破坏形态与前者基本相同,均为弯剪破坏,承载力与各项抗震指标也均与前者相当,有良好的抗震性能;水平拼接节点构造合理,沿水平拼接节点处未出现任何竖向裂缝及相对错动,试件呈现出良好的整体性,预制墙体与现浇墙体可以协同受力;仅在墙体塑性铰区布置暗支撑的水平拼接叠合剪力墙也能有较好的抗震性能。 (2)利用ABAQUS软件,以双向非线性弹簧来模拟剪力墙试件中新旧混凝土结合界面的力学行为,并建立有限元模型来模拟本文两个剪力墙试件在轴压和水平单调荷载共同作用下的性能。分析表明有限元计算的结果与试验结果拟合良好,验证了本文建模方法及参数选取的合理性。 (3)在有限元模型有效的基础上,以轴压比、暗柱配筋率、拼接处暗柱配筋率及暗支撑含钢率为变量,依次探究了这些参数对水平拼接叠合剪力墙峰值承载力、刚度及变形能力等性能的影响。有限元分析结果表明:随着轴压比的增大,剪力墙的承载力及刚度得以提高,但是轴压比过大会降低试件的变形能力,对抗震不利;增大剪力墙暗柱的配筋率,可以明显提高构件的承载力,但暗柱配筋率太大,会降低结构延性;增大剪力墙水平拼接处暗柱的配筋率,对结构承载力的提高很小,从经济的角度出发,拼接处暗柱可以配置较小直径的纵筋;增大剪力墙暗支撑的含钢率,可以增大构件承载力并改善构件延性。