带连接柱PCM剪力墙剪切性能拟静力试验研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ct32845359
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国家建筑业“十四五”规划中提出,推进建筑产业现代化,发展高质量装配式建筑将成为建筑业转型升级的必然趋势。装配式配筋砌块砌体剪力墙(Prfabricated Reinforced Concrete Masonry Shear Wall,简称PCM剪力墙)结构作为新型的装配式建筑结构体系,具有建造速度快、质量易控制、能源消耗少的优势,并通过构件生产工业化,装配式吊装技术标准化,解决了传统体系中竖向钢筋的连接难题,从结构性能和建造方式两个方面对传统配筋砌块砌体剪力墙结构(Reinforced Concrete Masonry Shear Wall,简称CM剪力墙)体系进行了双重升级。目前,PCM剪力墙结构体系仍处于发展阶段,该体系中构件间的连接方法、可靠性及其对抗震性能的影响是关键研究问题,由此确定的施工和设计方法对工程推广应用有重要作用。本文综合采用拟静力试验研究、数值模拟和基于性态的抗震设计方法等研究手段,提出了适用于PCM剪力墙的竖缝连接方法,对带连接柱的PCM剪力墙开展了系统研究。主要研究工作包括:(1)针对PCM剪力墙自身的结构特点,提出了适用于PCM剪力墙构件间连接柱的构造设计方法以及带连接柱的PCM剪力墙施工工法。为研究带连接柱的PCM剪力墙抗震性能,设计完成了13片墙体试件的拟静力试验,其中11片PCM剪力墙采用装配式非原位砌筑建造方式,即预先砌筑完成现场吊装施工安装;2片CM剪力墙采用传统原位砌筑方式,即墙体在楼板或地梁指定放线处完成砌筑,并总结分析了两种墙体试验破坏形态和性能指标的异同。(2)通过拟静力试验得到了试件的滞回曲线和荷载位移特征值,并基于拟静力试验结果,分析了建造方式、轴压比、截面形状、水平钢筋配筋率、水平钢筋分布形式和剪跨比对剪力墙抗震性能的影响。研究结果表明,PCM剪力墙和CM剪力墙均表现出良好的抗震性能,PCM剪力墙较同条件下的CM剪力墙抗剪承载力、延性更高,刚度退化速率更慢;对于PCM剪力墙,随着试件轴压比的增加,试件的峰值荷载、初始刚度和耗能能力均有明显提高;翼缘的存在提高了试件的初始刚度和峰值荷载,但降低了试件的变形能力;增加水平钢筋配筋率可以改善试件峰值后的裂缝宽度。(3)利用ABAQUS软件建立了PCM剪力墙的有限元数值分析模型,在试件典型的破坏阶段分别对比了试验与模型结果中刚度、承载力、裂缝分布和破坏形态,验证了有限元模型中参数选取的合理性以及模型有效性。在此基础上,进行了PCM剪力墙抗震性能的扩大参数分析,分别研究了轴压比、截面形状和水平钢筋对试件抗震性能的影响。研究结果表明,试件轴压比的增加以及在试件两侧设置翼缘,可有效提高试件承载力和初始刚度,但降低了试件后期的变形能力;随水平钢筋配筋率的增加试件的峰值荷载和峰值位移均得到提高,提高了试件的变形能力,但对试件的初始刚度无明显影响;试件采用均匀分布式的水平钢筋配筋方式,其延性显著提高。(4)对比分析了试件受剪承载力试验值与我国规范公式预测值,评估了现行规范公式对带连接柱PCM剪力墙的适用性。建立了配筋砌块砌体剪力墙数据库,分析了剪切型配筋砌块砌体剪力墙数据库中各设计变量的频率分布,评估了中国、美国、加拿大和新西兰规范中配筋砌块砌体剪力墙承载力计算公式的准确性。建立了以层间位移角和归一化受剪承载力作为工程需求参数的配筋砌块砌体剪力墙易损性函数。结果表明,我国规范公式预测值偏于保守且离散程度较大;试件的开裂荷载约为峰值荷载的70%;相比较于层间位移角,归一化受剪承载力是更好的损伤指标,其易损性结果离散性更小,稳定性更好。
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