预应力混凝土模块结构墙体受力性能研究

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预应力混凝土模块结构是一种新型的装配式混凝土结构。通过在模块墙体和楼板中预留孔道张拉预应力筋,在相邻模块之间的接触面上施加预应力的形式,依托接触面上的键槽抗剪把相邻混凝土模块连接到一起,类似于桥梁中常用的预制预应力节段梁的做法。此种构造形式具有全预制装配、耐久性好、无现场作业以及有效提高建造速度等优势。本文针对预应力混凝土模块结构中的外墙(单片墙体)和内墙(双片墙体)设计6个试件,调整预应力筋数量、轴压比、预紧力等参数,进行往复荷载作用下的拟静力试验。重点从试件的破坏形态、骨架曲线、滞回特性、承载力、刚度退化、耗能、接缝滑移以及典型钢筋的应力应变分析等角度,分析此种模块结构中的预应力混凝土剪力墙试件的力学性能和抗震性能;采用ABAQUS有限元分析软件分析了6个试件的抗震性能和力学性能,验证试验结果的可靠性,并进行了不同轴压比下墙体性能的参数分析。通过试验及有限元分析,验证墙体的可靠性,得到墙体的破坏形态、承载力计算方法。通过试验和有限元模拟得到以下结论:(1)6个墙体试件在试验中均发生弯曲破坏,预应力筋始终保持弹性状态,在加载过程中通过预应力筋的自复位作用提供拉力,使试件保持峰值承载力。(2)预应力混凝土模块结构墙体的承载力、刚度退化、延性指标等力学性能指标均表现较好,满足抗震要求,尤其是延性较好。但耗能能力较差,在今后整体结构试验时考虑增加耗能装置。(3)轴压比大于等于0.3的双片墙体试件要采用加固措施,防止墙体失稳,影响试件整体受力。(4)有限元分析结果表明,荷载-位移曲线及破坏形态与试验结果接近,承载力与试验结果误差在8%以内,说明有限元模型可靠,模拟结果较好。改变重力轴压比,各试件的初始刚度几乎没有变化,屈服荷载和峰值荷载均增加,但峰值位移较接近,达到峰值荷载之后,随着位移的增加,荷载均出现不同程度的下降段。改变预应力轴压比时的承载力和墙体变形情况与改变重力轴压比时的变化情况相似。(5)在现有规范中无粘结预应力混凝土构件承载力计算公式的基础上,推导出此种预应力混凝土模块结构墙体的承载力计算公式,公式计算值与试验值两者吻合较好。
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