构造柱对大尺寸发泡陶瓷隔墙平面外受力性能影响研究

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目前,在国家大力推动社会经济高质量发展、可持续发展的战略背景下,发展预制装配式建筑,使用新型绿色建材是推动我国的建筑产业转型升级,响应可持续发展战略的重要途经。在落实发展预制装配式建筑的过程中,除了实现建筑结构中主要的承重构件预制装配化外,还应实现建筑结构中次要的非承重构件预制装配化。在非承重结构中,传统砌体填充墙有着施工速度慢,现场湿作业多,预制装配化程度低等缺点,很大程度上限制了建筑预制装配化的进程。轻质条板填充墙相比传统的砌体填充墙具有施工速度快,现场湿作业少,预制装配化程度高等优点,是实现建筑工业化合适的选择。轻质条板中发泡陶瓷保温板是以陶瓷废渣、金属尾矿等为原材料所制成的新型环保绿色板材,随着可持续战略的发展,发泡陶瓷保温板在轻质条板填充墙市场的占比也越来越大。目前轻质条板的相关规范与研究大多局限于普通层高,但在实际工程应用中,出现了应用在诸如酒店大厅,机场航站楼等场景下的超过规范限高的轻质条板填充墙。受限于使用场景,一旦这种超过规范限高的轻质条板填充墙出现损坏,不但会造成一定的经济损失,且极有可能对建筑物内的人员造成生命安全威胁。多次震害结果调查表明,在地震作用下,填充墙的破坏形式主要存在两种形式,第一种为发生平面内的损伤破坏,第二种为发生平面外的倒塌破坏。当墙体出现平面外的倒塌破坏时,不但会堵塞救援通道,还有可能砸伤内部人员,威胁人民的生命财产安全。因此,本文通过平面外的单调静力加载试验,针对大尺寸发泡陶瓷(Foamed Ceramics简称FC)隔墙在平面外荷载的作用下的受力性能和变形性能展开研究。使用有限元软件ABAQUS建立了大尺寸FC隔墙的有限元分析模型,对不同的构造柱间距、不同的构造柱截面尺寸对大尺寸FC隔墙在开裂前的平面外受力性能的影响展开研究。主要研究内容和结论如下:(1)为研究构造柱间距对大尺寸FC隔墙平面外受力性能影响,进行了大尺寸FC隔墙的平面外单调静力加载试验,探究构造柱间距分别为1.2m、1.8m、3m的大尺寸FC隔墙在平面外荷载作用下墙板的裂缝开展规律、裂缝的分布、破坏形态、荷载-挠度曲线以及墙板的受力薄弱部位。试验结果表明:大尺寸FC隔墙的平面外刚度、开裂荷载随构造柱间距的增大而减小,平面外变形随构造柱间距的增大而增大;三个试件的开裂荷载均满足0.2k Pa的设计要求,开裂时的跨中挠度均小于规范限值(l/250);合理配置钢骨改善了发泡陶瓷的脆性特性,使得墙板在开裂后并未立即破坏,仍有一定的承载能力与变形能力;三个试件的整体性良好,钢骨与发泡陶瓷保温板的协同变形能力良好;大尺寸FC隔墙的受力薄弱部位位于发泡陶瓷保温板与方钢管的粘结部位,实际工程中应予以重视。(2)在大尺寸FC隔墙平面外受力性能试验的基础上,使用有限元软件ABAQUS建立大尺寸FC隔墙的有限元分析模型。将有限元计算结果与试验结果进行比对,结果表明有限元分析模型的荷载-挠度曲线、裂缝开展情况、平面外变形与试验结果基本一致,验证了有限元分析模型的可靠性。(3)首先使用所建立的有限元分析模型进行了参数化分析,分析研究了不同构造柱间距、不同的构造柱截面尺寸对大尺寸FC隔墙开裂前的平面外受力性能的影响。然后对大尺寸FC隔墙在开裂之前的平面外刚度计算方法进行了推导,提出了适用于大尺寸FC隔墙的挠度计算方法,并基于有限元结果对大尺寸FC隔墙的挠度计算公式进行了修正,将理论计算结果与有限元分析结果进行对比。研究结果表明:增大构造柱间距、减小方钢管构造柱截面尺寸将会导致大尺寸FC隔墙平面外刚度以及开裂荷载的减小,但构造柱间距越大,开裂荷载的减小幅度越小;理论计算结果与有限元计算结果吻合良好,可为今后实际工程应用中提供一定的参考。
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