自保温暗骨架承重墙抗震性能试验研究与分析

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为改善普通混凝土小型空心砌块结构抗震性能差、居住不舒适等问题,课题组在吸收国内外研究成果基础上,基于抗震节能一体化的设计目标,研发了自保温暗骨架承重墙及其结构体系,该结构体系由暗骨架提供约束,具有多道抗震设防能力。然而,目前国内外专家学者并未对该种新型墙体的抗震性能开展研究。为将该新型配筋砌体结构体系推广应用到村镇建筑,本文依托山东省自然科学基金项目《自保温暗骨架承重墙的抗震性能与失效机理研究》(ZR2017BEE022),在课题组前期研究基础上,采用试验研究、理论研究与数值分析相结合的研究方法,对自保温暗骨架承重墙的抗震性能及抗震构造措施进行了研究。  首先,选取某四层村镇住宅建筑底层墙体为试验研究对象,进行了水平低周反复荷载试验,得到了墙体的抗震破坏模式、滞回曲线、刚度退化、延性性能及应力应变关系等,揭示了该新型抗震墙体受力机制的转化过程,即抗震失效全过程可分为共同工作、转化过渡和弱框架工作三个阶段。同时,通过对试验现象及试验数据的分析,揭示了暗骨架作为第二道抗震防线在墙体抗震过程中的作用机理,以此验证了具有两道抗震防线的自保温暗骨架承重墙较于普通配筋砌体结构在抗震安全性方面的优越性,并为自保温暗骨架承重墙的抗震承载力计算及数值拓展分析提供了试验数据和理论支持。  其次,为深入研究分析不同构造条件下墙体破坏模式及特征,本文开展了基于试验研究的精细化有限元拓展分析。对数值模型的可靠性及计算稳定性验证的研究结果表明运用该数值计算方法求解高效、结果可靠,且能够探索该新型墙体结构抗震失效的全过程。进而研究了高宽比、竖向荷载以及暗骨架布置方式对其抗震性能的影响,得到了各因素对墙体破坏模式与承载能力的影响作用规律。将自保温暗骨架承重墙的破坏分为弯曲型、剪切-弯曲型、剪切型三种类型。  再次,结合试验成果开展理论分析,针对自保温暗骨架承重墙剪切破坏模式并结合其构造布置特点,分别建立了基于等效弹性板模型的墙体开裂荷载计算方法和基于修正软化拉压杆模型的墙体抗剪极限承载力计算方法,与实测值相比误差分别是3.2%、3.3%,故构建的理论计算方法精度高、物理力学概念清晰。  最后,综合对自保温暗骨架承重墙开展的试验研究、理论分析与数值分析三个方面的探索工作,提出了自保温暗骨架承重墙的抗震设计与构造措施建议。结果表明:自保温暗骨架承重墙具有多道抗震防线,抗震性能好,加之施工方便快捷、造价低廉,特别适宜在村镇住宅等多层建筑中推广应用。同时建议在具体应用过程中结合本文研究成果及抗震设计建议开展工程建造。
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