带PC填充墙装配式剪力墙结构抗震性能及简化方法研究

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在国家大力推行装配式建筑的政策下,装配式剪力墙结构得到了广泛的应用。作为非结构构件,填充墙主要用于剪力墙结构平面中的围护和分割。为提高施工效率,通常将填充墙和剪力墙在工厂预制,然后通过现场装配和现浇边缘构件将其连接成为整体。目前规范通常将PC填充墙简化为荷载作用于结构,填充墙对整个结构的影响通过周期折减系数考虑。因此,有必要探讨PC填充墙对装配式剪力墙结构刚度和承载力的影响。本文以带PC填充墙装配式剪力墙结构为对象,对其进行振动台试验、动力特性测试及数值模拟分析,并提出考虑PC填充墙对装配式剪力墙结构影响的简化计算方法,取得了一些有意义的结论。主要研究工作如下:1)在分别考虑X、Y方向不设和设置PC填充墙的前提下,对缩尺比为1:3的带PC填充墙装配式剪力墙结构进行振动台试验,分析对比结构在有无填充墙时的动力响应、破坏形态及抗震性能,结果表明:X向的加速度及位移响应均高于Y向,不同地震烈度工况下,结构弹性、弹塑性层间位移角均未超过限值。显然,PC填充墙的存在提高了剪力墙的抗侧刚度,改善了剪力墙的破坏形态及变形能力。在设计过程中,必须考虑PC填充墙对剪力墙的影响。2)采用ABAQUS软件,基于实体和壳体两种类型的单元,建立了带PC填充墙装配式剪力墙结构的有限元模型,分析了振动台试验模型的动力特性、加速度、位移及等动力响应,并与试验结果进行对比,验证了有限元建模方法的正确及合理性,可以用于带PC填充墙装配式剪力墙结构的数值分析。3)将带PC填充墙装配式剪力墙墙体拆分成A、B、C、D、E等5种类型的单元墙,每种单元墙在考虑不同剪力墙、填充墙和洞口尺寸的情况下,通过设置和不设填充墙两种情况的有限元分析,得到单元墙的抗侧刚度增大系数λ。实际结构计算时,可采用简化方法,即仅建剪力墙模型,PC填充墙的影响通过放大剪力墙抗侧刚度λ倍考虑。有限元计算结果证明了简化计算方法的合理性。4)针对混凝土现场隔离浇筑和预制两种做法的外围填充墙,以两栋29层的剪力墙结构为对象,利用脉动法测试了结构的前三阶自振频率,两种结构动力特性较为一致。同时,采用有限元方法对设置和不设外围填充墙的装配式剪力墙结构的动力特性进行了分析,并与测试结果进行对比,证明外围填充墙可提高剪力墙结构第一阶自振频率约15%。综上所述,本文对带PC填充墙装配式剪力墙结构进行了振动台试验、动力特性测试、有限元分析和计算方法的简化,并进行了比较和验证,得到了一些研究成果,为带PC填充墙装配式剪力墙结构的设计及应用提供依据及参考。
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