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预制装配剪力墙结构相比传统现浇剪力墙结构具有许多优点:构件定型,便于工厂标准化生产,生产效率高,质量有保证;现场湿作业少,模板和支架的周转利用率高,施工方便,工期短;减轻了对周围环境影响,符合国家低碳环保的相关政策;减少运输资源和劳动力资源投入,改善劳动力资源短缺的局面。 本文在广泛阅读国内外有关文献的基础上,完成了六片不同尺寸或配筋的预制剪力墙试件的单向加载试验,并以通用有限元分析软件ABAQUS和ANSYS为主要工具,对预制剪力墙试件分别进行了全过程受力分析和渐进拓扑优化分析。完成的主要工作有: (1)完成了六片不同尺寸或配筋的预制剪力墙试件的单向加载试验,对试验现象进行了描述,对试验的数据进行了整理。分析了试件的裂缝分布特点、荷载位移曲线特点、传力路径、应变发展规律、连接的可靠性等情况,为剪力墙的抗剪分析提供依据。 (2)采用通用有限元软件ABAQUS,考虑新旧混凝土结合面之间的接触,建立了试件的计算分析模型,并对试件进行了单向加载全过程仿真分析,在此基础上将变形、钢筋应力、裂缝分布状况、破坏模式等与试验试件进行了对比,并对造成两者差异的原因进行了初步分析。 (3)借助STM模型的思想进行剪力墙的抗剪分析,采用通用有限元软件ANSYS的APDL语言,结合渐进拓扑优化的概念和方法,编制程序对剪力墙结构进行拓扑优化,确定STM模型初步构型;根据试验和ABAQUS分析结果,将初步构型精细化,提出适合设计的STM模型;阐述剪力的传递路径及每根杆件的意义;确定STM模型的强度验算方法:依据最终的STM模型推导抗剪简化设计计算公式。 研究结果表明,采用新型连接方式的剪力墙裂缝主要集中在受拉侧中点和受压侧角部连线的下方,预制孔道顶部处为剪力墙的薄弱截面,最终破坏时底部坐浆处未形成贯通裂缝。预制剪力墙连接部位可靠,并未发生钢筋拔出或严重滑移的现象。剪力墙试件屈服荷载较大,由屈服阶段到极限阶段需要经历较长的过程,且荷载超过峰值后,承载力下降缓慢。拓扑优化方法概念清晰,思路明确,用于构建复杂模型的拉压杆模型时效果较好。所构建的预制剪力墙拉压杆模型可以较合理地反映力在剪力墙内部的传递路径,初步阐述剪力墙的抗剪机理。简化计算方法与试验结果对比可知,计算值相比试验值略小,两者基本吻合。