新型装配式剪力墙水平接缝连接性能数值模拟

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近年来,由于装配式建筑具备节省资源、缩短工期、绿色节能等优点,契合当前建筑业现代化发展的需求,因此,得到了行业广泛的关注和国家相关政策的支持。在装配式结构体系中,构件的连接方式、受力性能、抗震性能是国内外学者研究的重点方向。本文借助有限元分析软件,通过选择适当的模型参数,建立了能够反映新型装配式混凝土剪力墙(马牙槎连接)受力特点的非线性有限元模型,并对试验构件进行了计算说明,将低周往复荷载下的模拟结果与试验结果进行对比,验证了计算模型的正确性;然后通过建立的有限元模型,研究了不同高宽比、不同混凝土强度等级、现浇区不同横向分布筋直径下的新型装配式混凝土剪力墙构件的抗震性能;将试验试件正截面承载能力的模拟值与理论计算值进行对比分析,并给出了装配式混凝土剪力墙在水平连接方面的设计建议。本文的具体研究内容及其结论如下:(1)基于背景试验中的两榀剪力墙试件,运用有限元分析软件进行数值模拟,通过试验结果与模拟结果的对比,得出了SW-1试件极限承载力试验值比模拟值低2.8%,PSW-1试件极限承载力试验值比模拟值低8.1%,均在合理误差范围之内,因此,说明本次模拟的方法以及各参数的取值是合理的,建立的模型能够用来模拟装配式剪力墙的受力性能。(2)为了能够更加全面多方位的分析新型装配式水平接缝剪力墙构件的抗震性能,将基于已验证合理的新型装配式马牙槎预制墙PSW-1试件模型,运用有限元分析软件分别进行不同影响参数的数值模拟,研究了不同墙体高宽比、不同混凝土强度等级、不同现浇带横向分布筋直径的各个工况下新型装配式水平接缝剪力墙构件的抗震性能。结果表明,高宽比越小,其极限承载力越大,越容易发生脆性破坏;高宽比越大,水平裂缝随之增多,更易发生弯剪破坏。随着混凝土强度的增大,构件的屈服强度和极限承载力均增大;当混凝土强度等级较高时,构件水平承载力增加的趋势就会减弱;混凝土强度的增大也使得装配式剪力墙构件的脆性提升、构件破坏提前;装配式剪力墙构件的延性也随混凝土强度等级的提升而降低。随着横向分布筋直径的增大,试件的峰值承载力和极限承载力均有所提升;当直径足够大时,随着直径的增大,承载力增幅减小。(3)运用规范以及相关文献,对新型装配式混凝土水平接缝剪力墙PSW-1试件的正截面承载力进行理论计算分析,并与模拟值进行对比分析,来进一步验证有限元模拟结果的正确性。试件PSW-1的正截面承载力计算结果显示,其理论计算结果为318.42kN,与有限元模拟的结果332.68kN的比值为0.96,误差在允许范围之内,因此可判断,PSW-1试件的正截面承载力理论计算值和有限元模拟值比较吻合。(4)分析比较不同影响参数下该新装配式剪力墙的抗震性能,对新型装配式剪力墙在水平接缝方面的研究提出一些设计意见。根据前文对背景试验的模拟分析可知,该新型装配式剪力墙构件与现浇整体墙一样表现出良好的抗震性能,墙体裂缝开展过程与现浇墙体一致,最终均发生受压区混凝土被压碎的压弯破坏,但装配式墙体试件的现浇区域与预制墙体水平接缝处容易较早出现裂缝,因此,在实际设计应用中应提升接缝周围的混凝土强度等级;墙体的高宽比与承载能力呈负相关,当高宽比特别小时试件发生的剪切破坏不利于抗震,在高宽比设计方面不应取特别小的值;增大混凝土强度等级可提高结构承载力,但当强度等级过大时,会产生不利于结构抗震的结果,同时也浪费建筑材料。
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