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新型高预制率装配式剪力墙结构系研发
作者: 时间:2020/3/31 点击:178

课题研究目的为开展预制装配式剪力墙新型延性耗能接缝、新型高强钢筋连接技术等方面的前瞻性研究,同时对结构与节能一体化预制墙体设计方法及其抗震抗火性能进行研究,为装配整体式混凝土结构提供更多可供选择的技术方案。课题完成的主要研究内容以及形成的研究结论有:

预制装配式剪力墙新型延性耗能接缝及其抗震性能

设计了一种剪切屈服型软钢阻尼器,其低周反复加载的数值分析表明,该软钢阻尼器滞回曲线非常饱满,符合阻尼器耗能的设计需求。通过竖缝装配式剪力墙的有限元模型,对比了采用软钢阻尼器连接和不采用软钢阻尼器的剪力墙在低周往复荷载作用下的破坏模式及耗能等参数。研究结果表明,不采用软钢阻尼器的剪力墙破坏形式为弯剪破坏,采用软钢阻尼器的剪力墙破坏形式为弯曲破坏,软钢阻尼器可以改善竖缝装配式剪力墙的破坏形式。采用软钢阻尼器的剪力墙的屈服荷载和极限荷载比不采用软钢阻尼器的剪力墙分别提高了17%18%,破坏位移和延性分别提高了41%17%。由此表明,水平设置的软钢阻尼器能改善竖缝装配式剪力墙的变形能力,对竖缝装配式剪力墙的承载力和刚度也有一定改善。

预制装配式混凝土结构新型高强钢筋连接技术

通过高强钢筋波纹管约束浆锚连接试件的拉拔试验研究,可得出以下结论:高强钢筋(500MPa/600MPa)的波纹管约束浆锚连接试件的拉拔试验均为钢筋拉断破坏,未出现钢筋滑移拔出、混凝土开裂破坏等破坏形式,说明高强钢筋与灌浆料、灌浆料与波纹管、波纹管与混凝土的连接均可靠。高强钢筋(600MPa)与C40C60C80混凝土及普通金属波纹管均可以有效发挥共同作用,可以在工程实践中适当应用高强钢筋替代普通钢筋,以减少钢筋直径和配置数量,保证试件浇筑质量,并在一定程度上降低装配整体式混凝土结构的拼装难度。

通过高强钢筋螺旋箍筋约束浆锚搭接连接试件的拉拔试验研究,可得出以下结论:灌浆后试件放置形式对螺旋箍浆锚搭接试件破坏形式影响显著,灌浆后水平放置试件破坏形式大多以钢筋滑移,但是竖直放置试件破坏形式均为钢筋拉断。螺旋箍浆锚搭接试件的破坏形式与试件是否配箍关系密切,试件未进行配箍时,破坏形式均为混凝土炸裂;试件配箍后,破坏形式大多为钢筋拉断,且破坏荷载明显提高。合理选择配箍率,可以减小试件所需锚固长度,并且保证锚固可靠性。

结构与节能一体化预制墙体抗震性能

对新型水平接缝预制保温叠合剪力墙进行了低周反复荷载试验研究,对比了不同类型的新型水平接缝叠合剪力墙的抗震性能,考察了新型水平接缝叠合墙体的裂缝开展、受力全过程和破坏形态。在试验的基础上进行了有限元分析和承载力计算,全面分析了新型水平接缝叠合剪力墙的滞回特性、刚度退化、延性、耗能能力等抗震性能,探讨了新型水平接缝部位钢筋连接的有效性,并提出了新型水平接缝叠合剪力墙的设计方法和建议及施工工艺,为叠合剪力墙的推广和实际应用提供了参考。

研究结果表明,格构钢筋支架以及新型水平接缝的构造方式能够较好地保证新型水平接缝叠合剪力墙的整体工作性能,新型水平接缝节点构造能够较好地满足墙体的整体性和抗剪性,新型水平接缝叠合剪力墙能够充分发挥其承载力和变形能力,内外墙的构造形式对其抗震性能具有影响,新型水平接缝叠合剪力墙整体性能达到了普通现浇混凝土剪力墙的水准。

结构与节能一体化预制墙体抗火性能

对预制复合保温墙体的保温隔热性能与抗火性能进行了试验研究,主要研究其在高温下及高温后的抗火性能与力学性能。根据试验结果建立了火灾下预制复合保温墙体的有限元分析模型,在此基础上对建立的有限元模型进行了参数化分析,分析了保温材料层厚度、保温材料种类对抗火性能的影响,以及是否具有轴压力对火灾下预制复合保温墙体变形的影响,并对相关构造措施提出了建议。同时研究了此种墙体的火灾后力学性能,对其进行灾后轴压承载力试验,系统分析了火灾后力学性能的降低幅度及保温层厚度对力学性能的影响,并进行了有限元数值模拟,推导了适用于新型墙体的灾后轴压承载力计算公式,并验证了公式的正确性。

研究结果表明,墙体的水蒸气对降低墙体温度有一定的影响,裂缝主要集中在暗柱、墙体中部以及钢筋网片对应的位置处,受火时间、是否有轴压力、混凝土墙板厚度和保温材料均对墙体挠度变形有影响,混凝土墙板厚度及保温材料种类对墙体温度场有影响,保温板厚度对墙体的力学性能有一定的削弱,保温墙体在火灾作用下所产生的损伤会造成其在高温冷却后的刚度减弱,受火时间对墙体的灾后轴压承载力有很大的影响,而轴压比和混凝土保护层厚度的影响并不显著。

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