装配式配筋砌块砌体剪力墙拟静力试验与设计方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huzhouweno
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随着我国城镇化高速发展,建筑工业化和住宅产业化成为建筑行业的发展趋势。装配式建筑具有机械化程度高、建造速度快、工程造价低、质量稳定、能耗低、污染少等优点,已成为我国建筑行业的重要发展方向。同时,配筋砌块砌体剪力墙(Reinforced Concrete Masonry Shear Wall,简称CM剪力墙)结构,具有良好的抗震性能,以及节能环保、工程成本低等综合优势,目前已广泛地应用于中高层建筑。但是,CM剪力墙结构存在设置清扫孔砌块和竖向钢筋连接受限的技术难题。在此背景下,装配式配筋砌块砌体剪力墙(Precast Reinforced Concrete Masonry Shear Wall,简称PCM剪力墙)结构结合了两种结构体系的优势,并且通过工业化生产模式和装配式吊装技术,解决了配筋砌块砌体结构体系中竖向钢筋连接和落地灰清扫的难题,对我国建筑行业的转型升级有重要意义。目前,PCM剪力墙结构体系仍处于新兴发展阶段,其抗震性能与设计方法的研究缺失限制了结构的推广应用。针对上述情况,本文综合采用试验研究、数值模拟和理论分析等研究手段,开展了PCM剪力墙抗震性能与设计方法研究,主要工作如下:(1)为了研究PCM剪力墙的抗震性能及稳定性,设计并完成了4组8片PCM剪力墙和2组4片CM剪力墙的拟静力试验,每组包括2片设计参数相同的试件,总结了PCM剪力墙与CM剪力墙的破坏形式,分析了轴压比、竖筋布置和装配式施工工艺对结构抗震性能的影响。试验结果表明,加载过程中,PCM剪力墙与CM剪力墙都发生了类似的弯曲破坏,但由于取消了清扫孔,PCM剪力墙的砌块壁开裂更晚,且获得了更高的正截面承载力。PCM和CM剪力墙的极限承载力均随轴压比的提高而有明显提升;相比竖筋均匀分布的配筋形式,竖筋端部集中的PCM剪力墙承载力有小幅提高。(2)基于PCM剪力墙拟静力试验的结果和抗震性能分析,证明PCM和CM剪力墙均表现出较好地抗震性能稳定性;提出了PCM和CM剪力墙的归一化四折线骨架曲线;研究发现,PCM和CM剪力墙具有相似的幂函数形式的刚度退化规律,且均表现出较好地延性变形能力;确定了PCM剪力墙加载阶段和卸载阶段的滞回规则,提出了PCM剪力墙的恢复力模型,并将计算结果与试验结果进行对比验证,发现吻合较好;研究发现PCM剪力墙在弹塑性阶段有更好的耗能能力。(3)利用ABAQUS开展了PCM剪力墙拟静力试验的数值模拟分析工作,并通过数值模拟与试验得到的墙片骨架曲线和破坏形态对比,确定了PCM剪力墙有限元分析模型的主要参数。在此基础上,进行了PCM剪力墙抗震性能的扩大参数分析。研究发现,轴压比的增加引起发生弯曲破坏的PCM剪力墙的承载力显著提高,但轴压比对PCM剪力墙的初始刚度无明显影响;随着剪跨比的减小,PCM剪力墙的正截面承载力和初始刚度均有较大幅的提升。提高竖筋配筋率、竖向钢筋端部集中配置和提高竖筋抗拉强度,可以使发生弯曲破坏的PCM剪力墙的承载力提高约2%~7%,但不影响剪力墙的初始刚度。轴压比固定时,灌芯砌体抗压强度提高10%,PCM剪力墙在偏压作用下的正截面承载力增长约5%,而初始刚度无明显变化。(4)对比研究了中国、美国和欧洲砌体结构设计规范中的配筋砌体剪力墙正截面设计理论;提出了预制砌块砌体的材料强度计算方法,以及PCM剪力墙的正截面承载力计算方法,并利用本次拟静力试验的结果进行了验证,理论值与试验值吻合较为良好;通过蒙特卡洛法计算了PCM剪力墙正截面承载力的可靠指标,验证了本文提出的设计方法具有足够的安全储备。
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