预制装配式混凝土剪力墙抗震性能分析

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预制装配式剪力墙结构体系是当前建筑业绿色发展和住宅产业化普遍采用的结构体系和形式。课题组针对装配式剪力墙,提出了采用钢管混凝土作为连接件的新型竖向连接干连接方式,并基于拟静力试验验证了所提连接方式的可行性和有效性。为进一步考察所提新型干连接方式的受力和抗震性能,本文基于OpenSees分析平台采用多垂直杆单元建立了装配式混凝土剪力墙的有限元分析模型,进行了弹塑性静力和动力抗震性能分析,考察和对比分析不同连接方式装配式混凝土剪力墙抗震性能的主要影响因素。主要研究内容和成果如下:(1)基于OpenSees分析平台,采用MVLEM单元和SFI-MVLEM单元两种多垂直杆单元,建立了现浇混凝土剪力墙、约束浆锚搭接连接装配式混凝土剪力墙和钢管连接装配式混凝土剪力墙的有限元分析模型,实现了现浇混凝土剪力墙和不同连接形式的预制装配混凝土剪力墙抗震性能的数值模拟分析,数值模拟分析得到承载力与试验结果相比误差均在10%以内,荷载-位移骨架曲线和滞回曲线、刚度退化和能量耗散等均与试验结果整体吻合较好,验证了本文建模方法的正确性和分析结果的精确性。(2)采用经过验证的模型,分析混凝土强度、轴压比、剪跨比、钢筋强度、配筋率等参数对于剪力墙抗震性能的影响,对剪力墙中螺栓连接的部分按照规范进行抗剪承载力计算,提出水平承载力的计算公式并进行验证;可以发现:混凝土强度越大,混凝土构件的峰值承载力越大,在规范允许的范围内,轴压比越大,剪力墙构件的峰值承载力越高,抗震性能越高,轴压比每提升0.05,峰值承载力大致提升20%;随着中间分布筋连接形式的变化,构件的整体峰值承载力略有增大,考虑到材料的节省和材料加工的便利,本文推荐采用4mm厚度的钢管约束来进行连接;构件的高度一定,随着剪跨比的减小,构件的极限承载力和抗震性能提升很大,并且建议采用SFI-MVLEM进行剪跨比小于2的剪力墙的数值分析,更为符合构件的受力原理。对于约束浆锚搭接装配式剪力墙,锚固长度在大于0.5la的情况下,钢筋锚固长度的增加对构件抗震性能几乎没有提高;在引用的试验论文中采用la的搭接长度是合理的。单独增大构件两侧纵筋的钢筋强度并不能对其抗震性能有较大影响;构件的抗震能力略有提高;构件的受力纵筋和水平分布筋直径越大,其抗震性能越强。在施工规范、符合标准的情况下,两种装配式剪力墙具有相当的抗震性能。(3)结合抗震规范建立了构件抗震性能指标水准模型,输入不同震级下的地震动进行构件的抗震性能评估,研究发现在小震地震波作用下,现浇混凝土剪力墙均处于轻微破坏状态,两种装配式剪力墙均处于中等破坏状态;在中震、大震地震波作用下,3种构件都处于严重破坏状态;在地震动作用下构件的荷载位移曲线呈现出梭形,呈现出两头尖、中间宽的特征,其位移对应的荷载与静力分析的结果差别不大,在尺寸和配筋等条件相同的情况下,钢管混凝土连接装配式剪力墙结构形式具有比现浇剪力墙更好的抗震性能,具有和约束浆锚搭接连接剪力墙相当的抗震性能。
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