【摘 要】
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预制叠合剪力墙结构在我国尚处推广应用阶段,适用于工业化生产和流程化施工,符合我国装配建筑产业升级的需要。改善和提升预制叠合剪力墙的抗震性能以适应我国大部分疆域地震多发的基本国情和城镇化发展对高层建筑的需求,准确计算由不同批次混凝土浇筑而成的预制叠合剪力墙收缩徐变效应是确保这种结构体系满足正常使用要求的重要条件。因此,本文围绕预制叠合剪力墙抗震性能提升和收缩徐变效应研究,利用试验、数值模拟和理论分析
【基金项目】
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国家自然科学基金项目——《预制装配式钢筋混凝土带暗支撑剪力墙结构体系的研究》(No. 51578225);
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预制叠合剪力墙结构在我国尚处推广应用阶段,适用于工业化生产和流程化施工,符合我国装配建筑产业升级的需要。改善和提升预制叠合剪力墙的抗震性能以适应我国大部分疆域地震多发的基本国情和城镇化发展对高层建筑的需求,准确计算由不同批次混凝土浇筑而成的预制叠合剪力墙收缩徐变效应是确保这种结构体系满足正常使用要求的重要条件。因此,本文围绕预制叠合剪力墙抗震性能提升和收缩徐变效应研究,利用试验、数值模拟和理论分析等手段对这种结构体系在水平向地震作用、外界环境因素和长期竖向荷载作用下力学表现进行了深入研究,主要完成了如下几个方面的工作:(1)提出在预制叠合剪力墙内部插入斜向钢板形成带钢板暗支撑的新型预制叠合剪力墙,以提高这种结构体系的整体抗震性能。通过拟静力试验比较了新型预制叠合剪力墙试件与传统预制叠合剪力墙、完全现浇剪力墙抗震性能差异,验证了带钢板暗支撑预制叠合剪力墙的抗震性能优越性。(2)提出将螺旋约束箍筋和螺栓-钢板连接节点用于预制叠合剪力墙,通过对连接节点形式改进以提高预制叠合剪力墙抗震性能。通过拟静力试验比较了采用两种连接方式预制剪力墙试件与现浇剪力墙抗震性能的差异,验证了两种连接节点形式的施工可行性和适用性。(3)结合材料力学特性和剪力墙截面特征,推导计算了带钢板暗支撑的新型预制叠合剪力墙的弹性刚度、开裂荷载和斜截面剪切承载力。基于平截面假定,建立了新型预制叠合剪力墙的正截面弯曲承载能力计算模型。通过对试验数据归纳分析,得到了带钢板暗支撑预制叠合剪力墙的荷载-位移简化三折线骨架曲线和滞回曲线恢复力模型。(4)考虑水平连接节点切向和法向的非线性滑移关系,分别基于ABAQUS建立精细化实体单元模型,基于Open Sees建立简化分层壳单元模型,对新型预制叠合剪力墙进行单调荷载和循环往复荷载分析。基于验证过的数值模型,比较分析了不同轴压比、钢板暗支撑构造参数、水平连接节点插筋布置和暗柱构造形式下,预制叠合剪力墙的抗震性能表现。(5)设计制作了一片小尺寸预制叠合剪力墙试件,分别在预制层和夹心层布置振弦式应变计,结合预制叠合剪力墙从浇筑养护到受荷使用过程受力特点,观测了早龄期养护阶段和长期荷载作用的服役阶段剪力墙试件的收缩徐变效应。(6)根据混凝土内部水化作用引起的自干燥和因湿度差引起的湿度传递作用,建立了预制叠合剪力墙试件内部湿度场模型,利用有限差分法计算得到了剪力墙内部的湿度分布。采用GL2000收缩徐变计算理论,实现了预制叠合剪力墙的湿度场和应变场的转换。基于上述模型比较了剪力墙厚度、环境湿度和混凝土强度参数对湿度和应变分布的影响。利用应变场数据对早龄期预制叠合剪力墙因湿度收缩应力可能引起的开裂风险进行了预测。(7)根据长期竖向荷载作用下混凝土剪力墙内部混凝土和钢筋的变形协调,采用考虑有效龄期效应的AEMM法,推导得到了混凝土与钢筋的应力、应变计算公式。基于GL2000收缩徐变计算理论建立了预制叠合剪力墙徐变模型。基于验证模型,比较了混凝土强度等级、竖向荷载、养护龄期、加载龄期和环境湿度参数对预制叠合剪力墙徐变效应的影响。
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