[研究生论坛]预制装配式混凝土墙板螺栓连接抗剪性能试验研究

为研究预制装配式混凝土墙板螺栓连接的抗剪性能,通过对4个采用装配式螺栓连接的预制墙板结构试件进行单向反复加载试验,获得了试件的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载与位移,在此基础上对装配式螺栓连接的刚度退化情况以及延性指标进行了计算和分析。研究结果表明：装配式螺栓连接具有良好的承载力、刚度及耗能能力,是一种可靠的干连接方式;通过对薄弱部位进行箍筋加密和增加螺栓的个数,能显著提高装配式螺栓连接的抗剪性能。     

螺栓连接装配式墙板抗侧刚度研究

螺栓连接装配式墙板体系具有连接简单、建造快速的优势,工程应用逐渐增多。本文以两种常见的螺栓连接装配式墙板(钢板拼接式螺栓连接和穿缝式螺杆连接)为研究对象,进行了7片墙板的拟静力试验,结果显示：螺栓连接装配式墙板由于水平缝处张开,墙体发生刚性转动,导致抗侧刚度下降;通过理论分析和数值模拟,揭示了螺栓连接装配式墙板水平变形特性,分析了影响墙体抗侧刚度下降的因素,提出了螺栓连接装配式墙板的抗侧刚度计算公式,数值分析与试验结果验证了公式的可靠性;基于参数分析的研究结果,回归了考虑螺栓节点配钢率、墙体的高宽比、轴压比和节点相对位置四个参数在内的干式螺栓连接装配式墙板抗侧刚度降低系数的简化计算公式,该简化公式的计算结果与数值模拟的结果误差在±20%之内,表明预测结果较为准确。     

预制剪力墙板水平接缝钢板组合连接方式研究

提出一种新型全装配式剪力墙水平接缝节点采用连接钢板对穿高强螺栓的钢板组合连接方式.为研究该连接方案的可行性及连接件的传力机理,以高强螺栓的间距作为设计参数,考虑竖向拉力的影响,设计了3个预制试件,同时设计1个整体现浇试件作为对比试件;采用有限元软件ABAQUS进行建模,且通过相关试验对其合理性进行验证,并进一步对所设计试件进行系列数值模拟,分析相关参数及不同竖向作用对试件承载力、抗侧刚度退化规律、延性与耗能能力等抗震性能的影响规律,分析节点的传力机理.研究结果表明:试件外在作用竖向拉力对试件抗震性能影响较为明显;水平接缝钢板组合连接的预制装配式剪力墙整体性较好,其抗震性能接近于整体现浇试件;所提出的新型钢板组合连接方案可行,传力路径明确,连接件的强度有足够富余;相对整体现浇试件,新型钢板组合连接的预制装配式试件在达到剪力墙结构大震层间侧移角限值1/120时,刚度下降较多,但其承载力仍未出现明显下降,试件的延性与耗能能力较好.     

装配式两边连接钢板剪力墙节点抗侧性能试验研究与分析

为了将钢板剪力墙体系与新型全装配式钢结构体系结合起来,提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点(discontinuous cover-plate connection,DCPC),并对此节点的构造与设计方法进行了研究.通过改变内嵌墙板厚度、连接螺栓数目及接触面摩擦因数设计加工了4组试件,并对其进行了静力加载试验和有限元分析对比.研究表明:增加螺栓个数可有效提高试件的滑移荷载,有效提高节点初始刚度,但增大了节点连接螺栓的预紧力损失,同时连接盖板与底板的残余变形也较大;增大试件接触面的摩擦因数可有效增大试件的极限抗侧承载力,但对螺栓预紧力的影响不大;螺栓预紧力的损失量随着内墙钢板的宽厚比和有效高跨比的减小而增大;内嵌墙板在破坏前拉力带充分发展,位移延性系数满足抗震设计要求,属于延性破坏;DPCP不仅具有良好的传力性能,而且便于加工与装配,同时保证了装配式钢板剪力墙的震后可修复功能.     

我国钢结构住宅产业化发展的现状、问题与对策

为研究装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能, 对1个足尺轻钢框架结构试件和3个足尺轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构试件进行了低周反复荷载下的抗震性能试验及理论分析, 试件变量包括: 2种装配构造, 即内嵌式装配墙板、外贴式装配墙板; 2种轻钢骨架轻混凝土墙板, 即框架式轻钢骨架轻混凝土墙板、桁架式轻钢骨架轻混凝土墙板。研究了各试件的破坏特征和损伤演化过程, 分析了结构滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能性能和应变。结果表明: 装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构共同工作性能良好, 其水平承载力相比轻钢框架提高了204.7%~210.4%, 抗侧刚度提高了257.3%~512.5%, 结构变形及耗能能力有显著提高; 内嵌墙板的自攻钉连接构造以及外贴墙板的螺栓连接构造传力性能可靠, 结构具备2道抗震防线的受力特征; 基于简化塑性分析模型以及拉压杆软化桁架模型, 对试件承载力进行了计算, 计算结果与试验符合较好。

     

低层装配式墙体水平缝坐浆连接抗剪性能试验研究

为编制低层装配式墙体在一种新型水平连接形式下抗剪承载力计算规范,对51个预制墙体进行了不同条件的试验研究,对其中的15个纯砂浆连接墙体抗剪承载力及破坏形态进行了分析。研究表明,纯坐浆连接墙体受剪破坏具有明显的脆性破坏特征;轴压比的增加,引起砂浆层上下界面摩擦力的增大,导致抗剪承载力的提高;接地梁上表面与墙板下表面粗糙度对试件抗剪承载力有重要影响。最后,通过试验结果推导出了现有文献中承载力计算的相关参数,该计算式将为设有边缘构件的墙体承载力计算提供相关理论依据。     

钢-超薄UHPC组合构件新型界面连接的抗剪性能

为实现预制UHPC薄板与钢构件的装配式连接、后期可拆卸等目标,以及针对钢-超薄超高性能混凝土(ultra high performance concrete, UHPC)组合桥面体系中UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件的问题,提出一种由预埋带垫加长套筒、高强螺栓连接组成的新型抗剪连接方式。开展了6组新型螺栓连接件的推出试验,包括5组高强螺栓和1组负泊松比螺栓连接件,分析了新型连接件的破坏形态及荷载-滑移曲线特征,研究了螺栓直径、螺栓长径比、螺栓种类等参数对极限滑移、抗剪刚度等力学性能的影响,研究结果表明：新型螺栓连接件的破坏形态均为螺栓杆被剪断,预埋带垫加长套筒底部的UHPC无损坏压溃现象;新型高强螺栓连接件的抗剪承载力、界面相对滑移随高强螺栓的直径增大而增大;高强螺栓连接件的抗剪承载力约为螺栓抗拉强度的55.8%,故建议在钢-UHPC组合构件中采用较大直径的高强螺栓连接件,有效减少抗剪连接件的数量;而负泊松比螺栓的抗剪承载力和抗剪刚度明显较小,但极限滑移却明显增大,表现出良好的延性,建议将负泊松比螺栓应用于钢-UHPC组合构件的负弯矩区段,避免负弯矩区段出现开裂。     

输电铁塔装配式基础抗剪键连接的剪切性能

预制构件连接方法及其界面剪切性能影响整个输电铁塔装配式基础的受力和变形.针对螺栓连接易松动、变形大之类的问题,提出采用高强灌浆料灌注成形的十字形抗剪键作为输电铁塔装配式基础连接方案.采用室内剪切试验和数值模拟,研究该抗剪键连接的剪切性能,并与常用的螺栓连接进行对比分析.结果表明：十字形抗剪键剪切破坏模式为剪断型脆性破坏,破坏形态表现为以抗剪键为中心向外略有扩展成菱形.和螺栓连接相比,抗剪键连接的剪切强度略低,但剪切刚度显著提高.浇筑过程中灌浆料外溢对界面抗剪强度有提高作用.抗剪键的抗剪性能与灌浆料强度正相关,但提高灌浆料强度对抗剪性能提升并不明显.抗剪键深度对抗剪性能有影响,但在抗剪键深度超过20 mm后,抗剪键的抗剪性能不再提高.根据剪切试验和数值模拟结果,建议十字形抗剪键设计为长200 mm、宽20 mm、深20 mm.     

中空夹层预制装配式桥墩的抗震性能

提出一种中空夹层预制装配式桥墩,设计基于灌浆套筒连接的中空夹层预制装配式桥墩试件,采用拟静力试验对其抗震性能进行研究。研究结果表明:在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩荷载-位移滞回曲线较为饱满,加载后期均出现较明显的捏拢效应,水平承载力峰值与普通装配式桥墩相当;预埋中空钢管使新型中空夹层预制装配式桥墩的屈服位移、屈服荷载较普通预制装配式桥墩分别提高8.3%和3.7%,墩身初始切线刚度减小约6.4%,增大了加载初期的墩身柔度,有利于桥墩耗能;在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩墩身曲率在墩底接缝及刚度变化截面具有较为明显的突变,与普通预制装配式桥墩类似,中空夹层预制装配式桥墩和普通预制装配式桥墩主要受力纵筋最终均接近或达到屈服,塑性铰区上移明显;对比两类桥墩耗能曲线、刚度退化曲线和残余位移曲线,中空夹层预制装配式桥墩最终耗能曲线峰值较普通装配式桥墩提高约22%,刚度退化趋势基本一致,在达到屈服位移后有更大的残余位移,墩身变形能力较普通预制装配式桥墩更好。中空夹层预制装配式桥墩可充分发挥钢管变形能力强、刚度退化慢等优势,墩身钢筋混凝土与中空钢管协同工作,共同承受荷载,减轻墩身质量的同时表现出良好的抗震性能。     

冷弯薄壁构件与组合板螺钉连接推出试验研究

为研究冷弯薄壁型钢组合楼盖中螺钉连接的受力性能和破坏模式,对4个冷弯薄壁构件与组合板采用自攻螺钉连接的推出试件进行了单调静载试验。通过推出试验研究了不同抗剪构造措施和不同楼板面材料对推出试件抗剪刚度、抗剪承载力及粘结性能的影响。试验结果表明:石膏基自流平砂浆推出试件在发生局部粘结破坏后,砂浆面板逐步退出工作,试件因压型钢板屈曲和螺钉倾斜而破坏;混凝土推出试件在发生局部粘结破坏后,螺钉连接未发生破坏,试件因混凝土面板脱落而破坏;在组合板中加入抗剪构造可提高试件的粘结性能和抗剪刚度,但会降低抗剪承载力。采用《冷弯薄壁型钢结构设计规范》(GB 50018-2002)计算推出试件中单颗螺钉的抗剪承载力较为合理。     

装配式混凝土梁柱半刚性节点的抗震性能

为研究装配式混凝土框架节点的抗震性能,提出一种端板螺栓连接梁柱节点形式,设计节点试件并对其进行拟静力试验研究,与现浇混凝土框架节点试验进行对比,考察试验节点的破坏形式、承载能力以及耗能能力和位移延性等抗震性能指标;采用有限元程序模拟试验节点试件的受力性能,验证模型的准确性。结果表明：现浇节点试件以梁端截面形成塑性铰耗能,破坏时梁端截面发生弯剪破坏,柱和节点均出现裂缝;端板螺栓连接半刚性节点试件主要以梁柱之间发生相对转角耗能,最终由于梁端截面混凝土材料强度不足而发生破坏,而柱保持完好,可通过更换高强螺栓和预制梁快速修复节点;提出的端板螺栓连接节点可以满足钢筋混凝土结构的耗能和延性要求,梁内钢筋、预埋的端板和混凝土是否能够协同工作对节点的受力性能有较大影响。     

装配式轻型钢管框架-轻墙共同工作性能

提出一种适用于低层或多层农房建筑的装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构,框架由轻型钢管再生混凝土梁、柱及连接节点螺栓连接而成,轻墙为单排配筋再生混凝土薄墙板,框架与轻墙之间通过构造钢板进行螺栓连接,形成共同工作的受力体系.框架承担主要竖向荷载,同时与轻墙共同工作提供水平抗侧力.为研究钢筋间距、墙体厚度对装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构中框架与墙体共同工作性能的影响,进行了4个装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙试件及1个空框架试件的低周反复荷载试验,分析了配筋间距、墙体厚度对试件损伤演化过程、滞回特性、承载力、延性、刚度以及耗能性能的影响.结果表明:轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构具有良好的共同工作性能,有明确的两道抗震防线;轻墙破坏形态为剪切破坏,随后框架压弯破坏,装配式连接构造安全可靠,结构具有良好的延性;缩小配筋间距、增加墙体厚度可提高轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构的延性和耗能能力.     

配置HTRB600E高强钢筋装配式圆形桥墩的抗震性能

为提高预制装配式桥墩水平抗弯承载力,提出墩身内配置HTRB600E高强钢筋的预制装配式圆形桥墩,设计制作基于灌浆套筒连接的配置HTRB600E高强钢筋预制装配式圆形桥墩试件。对试件进行拟静力试验,分析配置HTRB600E高强钢筋预制装配式圆形桥墩的破坏形态、承载能力、耗能能力、刚度退化和位移延性等抗震性能指标,并与配置HRB400E的预制装配式圆形桥墩试件相对比,研究HTRB600E高强钢筋对预制装配式圆形桥墩抗震性能的影响。研究结果表明：相较于配置HRB400E的预制装配式圆形桥墩,配置HTRB600E高强钢筋的预制装配式圆形桥墩水平抗弯承载力明显提高,墩身初始切线刚度有所增大,加载初期墩身抵抗变形能力有所增强,耗能能力提高明显,刚度退化速率有所减小。配置HTRB600E高强钢筋对预制装配式桥墩抗震性能产生积极影响,减少墩身塑性损伤,优化桥墩整体抗震性能。     

装配式钢管混凝土柱-混凝土叠合梁连接节点试验研究

在装配式钢管混凝土结构中,钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接方式较为复杂。首先设计一种钢管混凝土柱–混凝土梁连接节点,可以在工厂预制大部分构件,在现场进行装配,满足装配式施工要求。通过装配式施工制作5个梁柱节点试件,包括3个中间节点和2个端节点试件。对该5个节点试件进行试验研究,其中1个中间节点试件进行单调加载,考察节点的静力承载力与变形性能;其余4个试件进行低周反复加载,根据试验得出节点在低周反复荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、延性系数、耗能能力和强度刚度退化规律等。结果表明：试件破坏位置均在叠合梁上,符合强柱弱梁及强节点弱构件的设计原则;叠合梁截面尺寸为200 mm×350 mm的试件滞回曲线较为饱满,没有明显的捏缩现象,延性系数介于3.77与6.60之间,平均等效黏滞阻尼系数为0.222,节点的抗震耗能能力较好;叠合梁截面尺寸为250 mm×450 mm的试件由于叠合梁中部箍筋没有加密,叠合梁发生了剪压破坏,节点耗能能力未得到充分发挥,可以通过加大箍筋加密区的长度提高节点的耗能能力;试件强度退化系数一般均大于0.9,表明强度和刚度退化比较稳定;所有节点试件的倒“T”形连接件钢板均没有屈服,其抗弯和抗剪承载力为钢筋混凝土梁1.3倍的设计,偏于安全。     

装配式多高层钢结构研究要点与现状分析

为了解决地震下高强度螺栓抗剪连接承载力性能的问题, 对钢板喷砂处理的不同螺栓尺寸和孔型的36个高强度螺栓抗剪连接件进行了双剪、单剪和夹紫铜片双剪的循环加载试验, 获得了连接件抗剪承载力、抗滑移系数、滑移前变形、刚度、滑移后的滑动承载力、实测摩擦因数、名义摩擦因数和螺栓拉力。结果表明: 双剪连接刚度大, 单剪连接滑移前变形是双剪连接的1.8倍; 在喷砂钢板间夹紫铜片后抗滑移系数提高约16.1%并可减小摩擦力离散性和滑移噪声; 螺栓垫圈与喷砂钢板间的摩擦力对单剪抗剪承载力有提高作用; 提出修正的单剪连接抗滑移承载力公式; 给出双剪、单剪和夹紫铜片双剪连接的滑移前变形建议取值, 提出3类连接的滑动承载力公式。

     

装配式钢管混凝土柱–混凝土叠合梁连接节点试验研究

在装配式钢管混凝土结构中,钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接方式较为复杂。首先设计一种钢管混凝土柱–混凝土梁连接节点,可以在工厂预制大部分构件,在现场进行装配,满足装配式施工要求。通过装配式施工制作5个梁柱节点试件,包括3个中间节点和2个端节点试件。对该5个节点试件进行试验研究,其中1个中间节点试件进行单调加载,考察节点的静力承载力与变形性能;其余4个试件进行低周反复加载,根据试验得出节点在低周反复荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、延性系数、耗能能力和强度刚度退化规律等。结果表明:试件破坏位置均在叠合梁上,符合强柱弱梁及强节点弱构件的设计原则;叠合梁截面尺寸为200 mm×350 mm的试件滞回曲线较为饱满,没有明显的捏缩现象,延性系数介于3.77与6.60之间,平均等效黏滞阻尼系数为0.222,节点的抗震耗能能力较好;叠合梁截面尺寸为250 mm×450 mm的试件由于叠合梁中部箍筋没有加密,叠合梁发生了剪压破坏,节点耗能能力未得到充分发挥,可以通过加大箍筋加密区的长度提高节点的耗能能力;试件强度退化系数一般均大于0.9,表明强度和刚度退化比较稳定;所有节点试件的倒"T"形连接件钢板均没有屈服,其抗弯和抗剪承载力为钢筋混凝土梁1.3倍的设计,偏于安全。     

复合夹芯保温墙板抗剪性能研究

针对居住和公共两大类建筑的装配式混凝土框架结构,目前需解决的问题主要有：预制复合围护系统在保温层厚度大幅度增加情况下内外叶板的连接问题;装配式建筑多板缝,多连接件和多节点带来的热桥和气密性薄弱问题;连接件是将墙板两边的混凝土板进行连接的最关键的部分,它的力学特性与夹芯墙板安全问题密切相关。金属连接件的锚固性能好拉结力大但导热性能强,非金属连接件导热性能弱但抗剪强度很低,并且制作工艺复杂。研发了一种新型材料混凝土夹芯保温墙板的连接方式,对一种新型材料的复合夹芯保温板进行了剪切试验,以不同连接方式的保温板在受剪工况下进行研究。研究结果表明,使用FRP连接件时,保温墙板力学性能符合安全使用条件,采用有限元进行分析,结果与试验数据基本吻合。     

ECC-XPS夹心复合墙板界面黏结性能试验

因建筑外围护结构面层开裂脱落导致保温隔热性能下降,从而引起建筑能耗大等问题已经受到了广泛关注,并且现存的外墙保温方法难以保证墙体具有与建筑同样的寿命。基于此,本文提出了一种以工程水泥基复合材料（ECC）作为饰面层和结构层、挤塑聚苯乙烯（XPS）保温板作为保温层的夹心复合墙板,并对其进行了双面剪切试验。在此基础上,分析各类试件的破坏模式,研究制作方式、保温层厚度、连接件及玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）连接件角度对ECC-XPS夹心复合墙板界面黏结性能的影响。结果表明：预制试件的黏结性能最差,约为现浇试件的1/3;随着保温层厚度的增加,试件的抗剪承载力和延性降低,并且试件的厚度越大,其抗剪承载力和延性降低的幅度越大;连接件的存在能够有效提高试件的抗剪承载力和延性,还会改变试件的破坏模式;减小连接件的嵌入角度有助于增大试件的抗剪承载力,但会降低试件的延性,还会导致破坏模式发生改变。为了评估ECC-XPS夹心保温墙板达到峰值荷载后的耗能能力,对各类试件进行了韧性分析,发现在墙板中设置一定的连接件能够有效提高试件的耗能能力,并且设置90°连接件对耗能能力的提升最明显,同时预制试件的耗能能力最差。根据试验结果对抗剪承载力计算公式进行修正。研究为ECC-XPS夹心复合墙板在实际工程中的应用奠定了基础。     

装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能,对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验,对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求;普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏,而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻;在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度,延缓裂缝传播,减轻核心区混凝土剥落程度,改善节点破坏形态;预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高,刚度退化得到减缓,从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。     

ECC–XPS夹心复合墙板界面黏结性能试验

因建筑外围护结构面层开裂脱落导致保温隔热性能下降,从而引起建筑能耗大等问题已经受到了广泛关注,并且现存的外墙保温方法难以保证墙体具有与建筑同样的寿命。基于此,本文提出了一种以工程水泥基复合材料（ECC）作为饰面层和结构层、挤塑聚苯乙烯（XPS）保温板作为保温层的夹心复合墙板,并对其进行了双面剪切试验。在此基础上,分析各类试件的破坏模式,研究制作方式、保温层厚度、连接件及玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）连接件角度对ECC–XPS夹心复合墙板界面黏结性能的影响。结果表明：预制试件的黏结性能最差,约为现浇试件的1/3;随着保温层厚度的增加,试件的抗剪承载力和延性降低,并且试件的厚度越大,其抗剪承载力和延性降低的幅度越大;连接件的存在能够有效提高试件的抗剪承载力和延性,还会改变试件的破坏模式;减小连接件的嵌入角度有助于增大试件的抗剪承载力,但会降低试件的延性,还会导致破坏模式发生改变。为了评估ECC–XPS夹心保温墙板达到峰值荷载后的耗能能力,对各类试件进行了韧性分析,发现在墙板中设置一定的连接件能够有效提高试件的耗能能力,并且设置90°连接件对耗能能力的提升最明显,同时预制试件的耗能能力最差...