新型模块装配式单层组合剪力墙抗震性能研究

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本文提出了一种新型的模块预制模块化装配式组合剪力墙,基于通用有限元软件ABAQUS建立对应的数值分析计算模型,在验证数值仿真模型正确性的基础上,随后考虑高宽比、高厚比、栓钉布置方式和间距、栓钉长径比及混凝土强度与板厚等参数,对两边连接的模块化装配式组合剪力墙进行参数分析研究;然后进一步考虑轴压比、高宽比、厚度比、刚度比和混凝土强度等参数,对四边连接模块化装配式组合剪力墙进行参数分析研究;最后,为减少边柱对混凝土板的挤压破坏及减少组合剪力墙对边柱的影响,对四边连接模块化装配式组合剪力墙与边框柱的连接方式,设计了五种优选方案进行研究分析,并选出最优的优选方案。本文的主要研究工作和结论如下:1.提出了新型的模块预制模块化装配式组合剪力墙。该组合剪力墙是一种由内置钢板、钢板连接件、外伸板连接件和两侧现浇混凝土板组合形成的抗侧构件,具有良好的承载能力、耗能能力、安装方便、运输方便、绿色节能环保等优点,可以有效地为高层建筑提供抗侧能力。2.基于ABAQUS通用有限元软件,建立既有的构件预制模块化装配式组合剪力墙试验的有限元模型,并将仿真分析结果与试验结果进行对比,验证所建立有限元模型的正确性。分析结果表明:两者的滞回曲线、骨架曲线吻合程度很高,两者屈服承载力误差为7.53%,峰值承载力误差为1.05%,初始刚度误差为8.26%,最大误差不超过10%。应力分布与试件破坏模式一致,说明本文所建立的有限元数值分析模型可以较好地模拟模块化装配式组合剪力墙的受力性能,验证了仿真模型的正确性。3.研究了高宽比、高厚比、栓钉长径比、混凝土强度和板厚对两边连接新型模块化装配式组合剪力墙抗震性能的影响。随着高宽比、高厚比、栓钉长径比、混凝土强度和板厚的增大,组合剪力墙的耗能能力、峰值承载力及初始刚度均逐渐增大;各工况模型均具有良好的位移延性;混凝土板压缩损伤累积主要集中在混凝土板角部,拉伸损伤主要集中在混凝土板中部及上下两端区域。建议栓钉布置方式选为阵列布置且布置间距为150mm,此时组合剪力墙的承载力、初始刚度和位移延性更好。4.研究了轴压比、高宽比、厚度比、刚度比和混凝土强度对四边连接新型模块装配式组合剪力墙抗震性能的影响。随着高宽比、厚度比、刚度比及混凝土强度的增大,四边连接模块化装配式组合剪力墙的耗能能力、峰值承载力及初始刚度等均逐渐增大;随着轴压比的增大,承载能力、耗能能力、初始刚度先增大后减小。混凝土板损伤与两边连接模块组合剪力墙相似,但四边连接模块化装配式组合剪力墙的混凝土板损伤更大。综合考虑,建议轴压比取值不大于0.2,厚度比取35,刚度比取2。5.模块装配式组合剪力墙与边柱的五种不同连接方式中,方案二的滞回曲线最饱满、捏缩效应最小、累积总耗能和等效阻尼系数最大;方案二的峰值承载力和初始刚度虽较方案一有所下降,但与其他方案相比,方案二下降最少,峰值承载力仅下降1.60%,初始刚度仅下降1.74%。对比不同方案模型的边柱内力分布可知,与方案一相比,方案二边柱内力下降最多,左柱最大下降34.20%,右柱最大下降38.61%;方案二混凝土板压缩损伤和拉伸损伤最小,角部裂缝发展也比其他方案小。综合考虑,建议选择方案二的优选方案,避免模块组合剪力墙角部与边框柱直接连接。
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