装配式轻钢框架-轻墙结构抗灾性能研究

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为适应装配式建筑在村镇低层住宅结构发展的需求,提出了一种装配式轻钢框架-复合轻墙绿色农房结构。该结构由轻钢框架作为竖向承重体系,由轻钢框架-单排配筋再生混凝土薄墙板共同抵抗水平地震作用,再生混凝土薄墙板复合聚苯模块和粉煤灰薄板形成保温墙体。较系统地进行了该结构抗震性能,以及再生混凝土墙板和钢管再生混凝土柱抗火性能研究,为该结构抗震、抗火防灾设计提供了依据。本文主要贡献:  1.研发了一种装配式单排配筋再生混凝土薄墙板。进行了12块不同设计参数的再生混凝土薄墙板抗弯性能试验,分析了钢筋间距与直径、混凝土类型对墙板抗弯承载力、刚度、延性和破坏特征的影响,数值模拟结果与试验符合较好。  2.进行了关键构件抗火性能试验,包括6个钢管再生混凝土柱和12块单排配筋再生混凝土薄墙板耐火性能试验,分析了火灾前后钢管再生混凝土柱及单排配筋再生混凝土薄墙板性能退化过程,阐明了火灾后其承载力损失变化规律,进行了钢管再生混凝土柱的温度场数值模拟,分析结果与试验符合较好。  3.提出了一种适于低层住宅的装配式轻钢框架-复合轻墙结构,并进行了10个不同设计参数的该新型结构低周期反复荷载试验研究。分析了各试件的承载力、刚度、延性、滞回特性、耗能和破坏特征,阐明了结构构件的损伤演化过程,揭示了轻钢框架-复合轻墙共同工作的机理。采用ABAQUS软件对该新型结构进行有限元分析计算,分析了分布钢筋间距及构造形式对结构损伤演化过程和骨架曲线的影响。  4.基于装配式轻钢框架-复合轻墙结构抗震试验和构件耐火试验及理论分析,建立了刚度计算模型和承载力计算模型,提出了结构抗震设计方法和构造措施,给出了关键构件耐火设计方法。进行了工程示范,应用效果良好。  主要结论:  (1)提出的装配式轻钢框架-复合轻墙结构具有两道抗震防线。复合轻墙为第一道抗震防线,轻钢框架为第二道抗震防线,结构整体具有良好的抗震性能。  (2)研发的装配式单排配筋再生混凝土薄墙板,复合聚苯模块和粉煤灰薄板后所形成的复合轻墙,具有抗震保温一体的特性。  (3)装配式轻钢框架-复合轻墙结构与轻钢框架相比,极限承载力高424.24%-825.33%,初始弹性刚度高1463.22%-2002.20%,耗能高114.97%(最大值),后期延性与轻钢框架相当。  (4)钢管再生混凝土柱标准受火后承载力损失7.77-17.43%;单排配筋再生混凝土墙板标准受火后抗弯承载力损失10.42-34.12%。  (5)基于试验和理论分析,提出的结构及构件抗震设计方法和构造措施,以及构件抗火设计方法,可用于工程。工程示范效果良好。
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