延性纤维混凝土剪力墙抗震性能试验研究

该文为改善高性能混凝土剪力墙的抗震性能,提出在剪力墙塑性铰区采用延性纤维混凝土(DFRC),设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,并进行了拟静力试验。通过改变DFRC区高度、轴压比和约束箍筋数量,研究其破坏机理、耗能能力及变形性能。结果表明:1) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件弹性阶段变长,剪力墙屈服后承载力降低缓慢;2) DFRC可有效控制剪力墙塑性铰区的弯剪斜裂缝的宽度,防止塑性铰区发生剪切破坏;3) DFRC区高度增大,剪力墙的变形和耗能能力明显提高,DFRC区约束箍筋数量增加,试件变形和耗能能力提高;4) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件,塑性铰区损伤程度明显降低,对减轻剪力墙的地震破坏程度具有重要作用。     

两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

为研究带窗洞的预制装配式混凝土剪力墙中窗下墙对结构抗震性能的影响,该文对两个带不同高度窗下墙的两层预制剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。在此基础上,提出了带窗下墙预制剪力墙结构的精细有限元数值模拟方法,结合试验结果分析揭示了窗下墙对带开洞预制剪力墙抗震性能的影响。试验和数值模拟分析结果表明,两试件在初始受力阶段,窗下墙与下层连梁作为一根整体连梁共同工作,此后二者逐渐脱开,形成两根并列布置的双连梁;两试件的破坏形态均为墙肢根部和双连梁两端形成塑性铰,最终塑性铰区混凝土被压碎;窗下墙较高的试件W-2承载力和初始刚度均大于W-1,延性和耗能能力则小于W-1;预制剪力墙构件中的窗下墙可显著提高该类构件的刚度、承载力和耗能能力,对带窗下墙的预制剪力墙结构进行抗震设计时应对窗下墙予以考虑。     

不同无粘结长度新型混合装配式混凝土剪力墙抗震性能试验

新型混合装配式混凝土剪力墙综合应用预制墙肢中部设置的无粘结预应力筋及局部无粘结竖向浆锚钢筋,以进一步提高墙体抗裂性能、改善墙体变形恢复能力及延缓钢筋屈服,从而改善其抗震能力。为验证新型混合装配式剪力墙的抗震能力,制作足尺试件并进行拟静力抗震性能试验。试件设计考虑了3种浆锚钢筋无粘结长度,以探索无粘结长度设置对墙体抗震能力的影响。试验结果表明:相较现浇对比试件,新型混合装配式剪力墙试件抗裂性能、承载力、刚度均明显提高,位移延性性能接近,耗能能力有所降低;同时,随着无粘结长度增大,试件屈服强度增大,极限强度降低,开裂荷载与残余变形基本无影响。综合对比来看,无粘结长度为150 mm的装配式试件表现出相对较好的抗震性能。     

灌浆套筒连接全装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究采用灌浆套筒连接的全装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了1榀1/2比例两层两跨灌浆套筒连接全装配式框-剪结构模型试件PC-3,并对其进行了低周反复加载试验。通过与已有试验结果对比分析,研究了结构的破坏模式、滞回性能、刚度退化、位移延性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:灌浆套筒连接全装配式框-剪结构试件PC-3与全现浇试件RCFW的破坏模式基本相同,梁端塑性铰长度减小、位置外移,具有良好的耗能能力和较好的刚度特性,试件PC-3的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于全现浇试件RCFW的相应值,但其差值均小于5.0%,延性略小于全现浇试件RCFW,加载过程中耗能较为平稳。两种全装配式框-剪结构均具有良好的抗震性能,工程实践中可供设计人员选择采用。     

高轴压比、低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验研究

双钢板-混凝土组合剪力墙可减小墙体厚度、提高承载力和延性,为研究双钢板-混凝土组合剪力墙高轴压比下的抗震性能,完成了5个剪跨比为1.0的双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,研究了剪力墙在低周往复荷载作用下的受力性能和破坏模式等,分析了轴压比、距厚比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明:低剪跨比试件发生弯剪破坏;墙体钢板在平均位移角1/83时发生局部屈曲,初始屈曲形态受距厚比影响显著;试件峰值荷载、位移延性系数、刚度等受轴压比、距厚比的影响较小;试件平均极限位移角达1/72、平均有效破坏位移角达1/52,具有良好的变形能力;距厚比增大,试件滞回性能稳定性降低;试件耗能随变形增大而迅速增长,抗震性能良好。建议低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙轴压比限值取0.7。     

装配式钢套管混凝土组合剪力墙竖向受拉-水平滞回荷载试验研究

进行6个剪跨比为1.62的装配式钢套管混凝土(CFST)组合剪力墙试件的拟静力试验,研究钢管混凝土芯柱含量比、平面外偏心距、初始轴拉力对装配组合剪力墙抗震性能的影响,分析试件的破坏特征、滞回性能、变形和延性、承载力以及刚度退化和耗能。结果表明:装配组合试件的破坏形态整体为弯剪复合破坏,在竖向受拉-水平弯剪滞回复合作用下仍具有较高的承载力,滞回曲线饱满,变形和耗能较好,破坏时残余刚度大;剪切变形分量与总变形呈线性关系,约占总位移的21%;试件平均极限位移角1/42,平均延性系数5.0,表明组合剪力墙装配整体性较好。截面承载力参数分析表明抗剪承载力随钢管混凝土含量比增大而增大,而变形曲率随之减小;抗剪承载力随初始轴拉力和平面外偏心距增大而减小,适当的轴拉力能增大截面变形能力,但平面外偏心距对变形不利。     

盐雾环境下一字型短肢RC剪力墙抗震性能试验

盐雾环境下氯离子侵蚀对既有RC结构抗震性能具有较大影响,采用人工气候实验方法模拟近海盐雾环境对8榀剪跨比为2.14的一字型短肢RC剪力墙进行加速腐蚀,达到预期腐蚀目标后对其进行拟静力加载试验,重点研究盐雾腐蚀程度对剪力墙试件承载力、变形、强度衰减、刚度退化、耗能等指标的影响以及不同设计参数对锈蚀试件抗震性能的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀对RC剪力墙抗震性能影响较大,随锈蚀程度增加,试件逐渐以剪切破坏为主的弯剪破坏向以弯曲破坏为主的弯剪破坏转变,试件的承载力不断减小,变形能力变差,强度衰减和刚度退化不断加剧,耗能能力变差;但是,横向分布钢筋减小可以有效改善锈蚀RC剪力墙的变形能力;同时,限制剪力墙的轴压比也可以有效改善锈蚀RC剪力墙试件的抗震性能。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土剪力墙的变形性能研究

为了提高高强混凝土剪力墙的抗震性能,在其潜在塑性铰区采用纤维增强混凝土代替高强混凝土,设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,进行了拟静力试验。通过改变纤维增强混凝土区高度、轴压比、纵筋数量、箍筋配箍特征值和水平分布筋数量,研究这种剪力墙的抗震性能。结果表明:这种剪力墙试件的抗损伤能力明显改善;纤维增强混凝土区高度对其变形能力有明显影响;开裂荷载和开裂位移显著提高。根据试验结果,分析了这种剪力墙试件的开裂位移、屈服位移和极限位移,给出了考虑剪切、弯曲变形影响的开裂位移、屈服位移和极限位移的计算公式,公式的预测值与试验值吻合较好。     

钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

该文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（DCPC）,分别对一个带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙试件（FPSPSW）和一个两边焊接钢框架-钢板剪力墙试件（FWSPSW）进行了低周往复加载试验,研究了两种不同连接形式的钢框架-钢板剪力墙试件的抗震性能,得到了两组试件各自的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及抗震性能指标等,对比分析了两者的破坏特征、延性性能、耗能能力及刚度退化等力学性能。结果表明:带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;结构本身符合"强框架弱墙板、强柱弱梁"的抗震设计理念;DCPC节点在不损失抗震性能的基础上,可提供比传统焊接钢板剪力墙结构更好的耗能能力,且保证了良好的震后可修复功能。     

波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究

为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明:波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢; ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明:承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考; H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。     

装配式短肢剪力墙低周反复荷载试验

对2个预制装配式和1个现浇短肢剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。与现浇试件对比,掌握预制装配式剪力墙的强度、位移延性及耗能能力等。试验结果表明:装配式试件破坏形态与现浇试件明显不同,水平拼缝为薄弱部位,变形集中。上部预制墙体基本保持完好,破坏主要集中在下部墙体,并表现为剪切破坏,与理论分析一致。有限元分析表明增加装配式短肢剪力墙中部连接钢筋,可增加水平拼缝混凝土接触面面积,减小其剪应力,从而有效改善墙体受力性能,提高墙体的承载能力和变形能力。     

预制钢筋混凝土叠合剪力墙抗震性能试验研究

为研究预制钢筋混凝土叠合剪力墙的抗震性能,对3片预制钢筋混凝土叠合剪力墙、1片现浇钢筋混凝土剪力墙进行低周反复荷载试验,对比研究了各试件的荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性性能、耗能能力和破坏形态等,探讨了叠合墙体预制部分与现浇部分的协同工作性能,以及不同施工工艺对整体工作性能的影响。研究结果表明:1)墙体破坏以剪切破坏为主;2)预制叠合墙和现浇墙体的承载能力、破坏模式、抗震性能指标均相近;3)预制试件的预制面与现浇面交接处未出现竖向劈裂裂缝,受力变形基本同步,协同工作性能良好;4)不同施工工艺对叠合墙的承载和变形性能无明显影响。     

带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙抗震性能研究

钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题,该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙,变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究,分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏,其他构件完好;滞回曲线饱满,位移延性系数在5.7～8.7,抗震性能良好;提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确,与有限元模拟和试验吻合良好。     

采用螺栓连接的工字形全装配式RC剪力墙试验研究

采用连接钢框、高强度螺栓将带有内嵌边框的纵横向预制钢筋混凝土（RC）剪力墙连接起来,形成工字形剪力墙。为研究该全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,进行了3榀墙体的单调加载试验和1榀墙体的低周反复荷载试验,分析了该全装配式工字形剪力墙的承载能力、刚度、延性性能、耗能能力、连接件的应变分布以及连接件间的相对滑移等,最后探讨了试件的极限抗剪抵抗机制。研究结果表明:该全装配式剪力墙具有较高的承载能力、较好的延性性能以及耗能能力,位移延性系数约为3~6;高强度螺栓的直径、连接钢框钢板的厚度对装配式剪力墙的抗侧刚度及峰值荷载有一定的影响;内嵌边框既传递了分布钢筋的应力,也起到了约束混凝土、增加RC剪力墙延性性能的作用。     

FRP布加固混凝土框架子结构抗连续倒塌的精细有限元分析EI北大核心CSCD

外贴FRP布加固是一种有效提高既有建筑抗连续倒塌性能的手段,但现有FRP布加固方式存在降低结构抗震性能、加固施工不便等缺点。该文采用数值模拟方法分析了FRP布加固方式对现浇和装配式混凝土框架子结构抗连续倒塌与抗震性能的影响,并开展了优化方案研究。基于通用有限元软件LS-DYNA建立了FRP布加固混凝土框架子结构的连续倒塌精细数值模型,其中混凝土、钢筋与FRP布分别采用实体、梁与壳单元进行模拟,考虑了FRP布和钢筋的滑移、新旧混凝土界面的粘结失效和机械套筒处的钢筋截面损失。试验验证表明该方法可准确模拟试验试件的破坏模式和承载力发展。分析试验试件的不同粘贴方案结果发现:对现浇混凝土子结构,梁底与梁侧中性轴粘贴纵向FRP布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布后,小变形下的结构倒塌抗力提升有限(最大仅2.6%)、基本不影响结构抗震性能,而对大变形下的结构倒塌抗力提升幅度可达49.5%;对于装配式混凝土子结构,在梁底、梁顶与梁侧底部外贴纵向布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布可将小变形和大变形下的结构抗力最大提升24.2%和48.1%,使得装配式子结构在小变形下受力等同现浇结构,提升了原装配式子结构的抗震性能。对上述最优方案进一步的分析表明:保持FRP布用量不变而将塑性铰区内U形横向FRP布的分布范围和条数增加可提高大变形下的结构倒塌抗力,而不影响小变形下的加固效果。     

水平拼缝部位增强叠合板式剪力墙抗震性能试验研究

叠合板式剪力墙在水平拼缝部位采用"等钢筋面积"连接时,水平地震作用下的弹塑性变形模式以"摇摆变形"为主,无法达到"等同现浇"的要求。为改善这一状况,提出在水平拼缝部位采用"强连接"的方式,即通过提高水平拼缝抗弯承载力,使构件的塑性部位转移至墙板内部,从而使其抗震性能更接近现浇混凝土剪力墙。该文进行了3个采用"强连接"的叠合板式剪力墙试件以及1个作为对比的现浇混凝土剪力墙试件的拟静力试验,研究了不同轴压比下水平拼缝弯矩超强系数对叠合板式剪力墙抗震性能的影响。结果表明:采用"强连接"叠合板式剪力墙试件的塑性变形出现在墙板内部基础插筋顶部附近和水平拼缝处两个部位,试件变形模式接近现浇混凝土构件,不再以摇摆变形为主;水平拼缝部位弯矩超强程度较大的试件,水平拼缝部位基础插筋屈服也相对较晚;相同轴压比的"强连接"叠合板式剪力墙试件延性和刚度退化情况与现浇混凝土试件相当,耗能能力高于现浇混凝土试件。     

新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究

提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。     

竖向缝螺栓连接全装配式联肢复合墙抗震性能试验研究EI北大核心CSCD

课题组前期提出一种竖向缝采用螺栓连接的全装配式联肢复合墙,为进一步明确此类连接方式对墙体抗震性能的影响规律,以连接钢板厚度为变参设计了3榀联肢复合墙试件(PCW-B),通过拟静力试验对比研究各试件的破坏模式、裂缝发展、抗震性能,以及竖向缝在受力过程中的变形规律。试验结果表明:竖缝连接钢板厚度对试件破坏形态无明显影响;提升竖缝板厚可显著增强试件的初始刚度、承载力,但会降低试件延性;当板厚超过6 mm可显著提升试件耗能性能;分析并提出竖缝受剪承载力主要取决于连接件的抗剪和界面摩擦力抗剪两项,其中连接件抗剪贡献因素包括:连接钢板强度、高强螺栓和预埋件处箍筋作用力,并基于此提出竖向接缝受剪承载力计算公式。此公式亦可为其它墙体结构提供理论参考。     

带可更换脚部件装配式剪力墙压弯数值研究

该文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC剪力墙，通过数值模拟分析了可更换脚部件承载力、可更换脚部件高度以及非更换区域内嵌加强钢板厚度对这种剪力墙抗震性能的影响，并与现浇RC墙进行了对比。结果表明：随着可更换脚部件承载力提高，装配式RC墙承载力越高；当可更换脚部件与现浇RC墙边缘构件的抗压承载力比n_c=0.85或抗拉承载力之比n_t=1.35时，带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙承载力、刚度和滞回特征基本接近。可更换脚部件高度对装配式RC墙压弯承载力、刚度和滞回特征影响不大。当可更换脚部件高度为墙截面高度的1/2时，墙体损伤主要集中在可更换区域，非更换区域损伤较小，实现了损伤可控。对于弯曲破坏控制的带可更换脚部件的装配式RC墙，非更换区域的加强钢板厚度对墙体抗震性能影响不大。为实现带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙性能等同，建议非更换区域按照装配式RC墙底截面与现浇RC墙底截面抗剪承载力相等原则设计。     

高延性混凝土加固高轴压比剪力墙抗震性能试验研究

为提高高轴压比下(低矮)剪力墙的抗震性能,提出采用高延性混凝土(HDC)面层对其加固。设计了3片剪跨比为1.1的混凝土剪力墙,其中1片为对比试件,其余2片分别采用HDC面层和钢筋网HDC面层进行加固。通过拟静力试验,研究剪力墙试件的破坏形态、变形能力、耗能能力及刚度退化特性。试验结果表明:采用HDC面层加固的剪力墙试件,加固层裂而不坏,与内部墙体协同工作性能良好,可对内部混凝土形成一定的约束作用,改善了剪力墙的脆性剪切破坏特征;HDC面层能有效提高剪力墙的受剪承载力、变形能力和耗能能力;在HDC面层中配置钢筋网片使加固面层斜裂缝开展延缓,可充分发挥HDC良好的拉伸性能和耐损伤性能,使加固试件在破坏阶段的刚度退化缓慢。基于软化桁架模型,考虑HDC加固层贡献,提出了加固试件的受剪承载力公式。