[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。     

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。     

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.     

T形钢连接梁柱半刚性节点初始转动刚度计算公式

为了确定T形钢连接半刚性节点的初始刚度,分析T形钢连接梁柱节点的变形特征.以节点处与梁端受拉侧翼缘相连的T形钢为研究对象,将T形连接件翼缘受力视为简支梁,建立T形钢连接节点在弹性阶段的初始转动刚度计算模型,推导初始转动刚度的计算公式.采用数值模拟和已有试验数据,对所推导公式进行对比分析.结果表明,节点的初始转动刚度主要取决于T形钢连接件的翼缘厚度、T形钢翼缘上螺栓的位置和梁的高度,通过推导公式所得的初始刚度大于数值模拟和试验所得刚度.为了更加准确地预测节点初始转动刚度,引入刚度修正系数,分别采用修正后的刚度公式和已有的计算公式计算案例.结果表明,修正后的刚度公式能够更好地符合试验结果.     

冷弯型钢组合墙体抗侧刚度研究

对组合墙体抵抗水平剪力的变形特征进行了分析研究。首先将组合墙体的墙面板简化成斜向拉杆,采用等代拉杆法提出了组合墙体在弹性阶段的抗侧刚度计算公式及建议;其次通过对已有的单面石膏板、单面定向刨花板(OSB板)、一面石膏板另一面OSB板三类组合墙体抗剪试验结果的比较分析,验证了组合墙体抗侧刚度简化计算公式的正确性;最后在推导出的组合墙体抗侧刚度计算公式的基础上,分析了组合墙体高宽比、自攻螺钉间距以及墙面板厚度对组合墙体抗侧刚度的影响。研究结果表明:随着组合墙体高宽比的减小、边缘自攻螺钉加密、墙面板厚度的增加,组合墙体的抗侧刚度明显增加;组合墙体抗侧刚度计算公式计算结果安全合理,计算过程简单实用,可供实际工程设计参考。     

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.     

内嵌围护墙板对钢框架抗侧力性能的影响效应

目前钢结构设计难以考虑围护墙体作用,原因是缺乏围护墙板对钢框架抗侧力性能影响的量化研究．采用有限元软件ANSYS建立带有围护墙板钢框架的精细化有限元模型,考虑了墙板节点刚度、墙板之间的接触与摩擦作用、以及墙板的轻质混凝土材料特性,数值模拟结果与试验结果吻合较好．在此基础上,综合考虑轴压比、跨高比、墙板宽度、墙板厚度及墙板开洞形式等关键参数变化的影响,系统研究了带围护墙板钢框架的抗侧力性能．结果表明:当框架柱轴压比在0～0.6变化时,与空框架相比,内嵌墙板钢框架的承载力及初始刚度增大1.0～2.0倍,且在层高一定、跨高比增大时,增大系数呈线性增大;内嵌墙板宽度宜优先选取600 mm;墙板厚度不同时应采用相应的刚度及承载力增大系数;墙体洞口加固后,其对整体结构影响较小,设计时可忽略不计．     

带可更换抗侧耗能装置的装配式钢框架结构静力性能研究

为实现钢框架结构震后损伤可快速修复的功能,基于损伤控制思想,提出一种带可更换抗侧耗能装置的装配式钢框架结构.利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,首先对该钢框架结构的受力机理开展研究,分析钢框架体系内力流传递路径,提出结构的合理失效顺序,建立相应失效准则;而后对该装配式钢框架结构与对应刚接框架及铰接框架进行对比分析;最后进行变参数分析,着重讨论该柱脚节点抗侧剪切件截面宽度、厚度及高度、节点板连系螺栓数量、柱脚横梁刚度及柱轴压比等参数对该装配式钢框架结构力学性能的影响.研究表明,合理设计的该装配式钢框架结构在屈服荷载及抗侧刚度两方面可以与对应刚接柱脚框架完全等效,且该新型钢框结构主体构件的应力分布优于对应刚接框架,可以将结构内的塑性损伤集中在翼缘连接盖板、抗侧耗能装置等易于更换的耗能元件上,使梁柱等主体构件基本处于弹性状态,具备震后可恢复功能.     

设控制缝砌块墙体抗侧刚度的试验研究

通过一片设置控制缝砌块墙体在复合受力状态下的抗侧移试验，了解墙体的开裂刚度及破坏状态，并借助有限元程序建立了四种宽高比的墙体模型，研究分析了控制缝对实际工程中墙体抗侧移刚度的影响，认为控制缝引起墙体抗侧刚度的降低是有限的，刚度的降低程度随宽高比的增加而逐渐减少，为地震区合理设置控制缝提供试验与理论依据并总结了设缝墙体的抗侧移刚度公式，供工程应用参考。     

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.     

新型承重围护保温一体化墙体抗震性能试验研究

为实现钢结构装配式住宅承重围护保温一体化的目标,提出一种设置暗支撑的承重围护保温一体化墙体。墙体内部为支撑钢框架,填充发泡水泥等保温隔热材料,外部设置双向钢筋网并浇注砂浆层作为保护层。框架内填充发泡水泥对结构的水平承载力和抗侧刚度有较大影响,以暗支撑设置、墙体高宽比为变化参数,对6榀单层单跨承重围护保温一体化墙体进行低周反复加载试验,得到各试件的水平承载力、抗侧刚度和滞回特性。结果表明：设置暗支撑能够明显提高新型承重围护保温一体化墙体的水平承载力和抗侧刚度;相比纯钢框架,新型承重围护保温一体化墙体具有更高的水平承载力和抗侧刚度,其耗能能力和变形能力也更强;高宽比对墙体抗侧性能影响显著,高宽比越大,墙体的水平承载力、抗侧刚度、耗能能力均越小。给出了新型承重围护保温一体化墙体的水平承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

填充墙框架结构承载力简化计算方法探讨

以往的试验研究表明,砌体填充墙的存在较大地提高了框架结构的水平承载力和侧向刚度,砌体填充墙框架水平承载力计算时应考虑砌体填充墙的影响。视砌体填充墙框架的极限水平承载力由砌体填充墙和框架共同承担,并适当考虑砌体填充墙和框架问的相互作用,侧向荷载作用下砌体填充墙等效为一根铰接于框架平面的斜压杆。据此建立砌体填充墙框架结构水平承载力的简化计算模型,提出了填充墙框架水平承载力的简化计算公式,计算值与试验值比较吻合。     

不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能试验研究

为研究不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能,对1个现浇混凝土节点和2个装配式混凝土梁柱节点试件进行循环往复加载试验,分析节点的破坏特征、梁端弯矩—转角、节点核心区剪力—梁端转角、刚度退化、钢板的应变等。结果表明：方钢管连接的装配式混凝土节点呈梁端弯曲破坏,设置端板和水平连接板的装配式节点和现浇节点呈节点核心区剪切破坏。装配式节点的梁端弯矩和节点剪力显著提高,梁端转角显著增加,节点核心区剪切变形减小,刚度退化变缓,受力性能得到明显改善。在节点核心区设置方钢管和十字隔板作为钢骨架的节点受力性能最佳,远优于现浇节点。在节点核心区加入钢连接件,预制梁端设置预埋工字钢,现场采用焊接或者栓接装配,后浇连接区混凝土,这种连接形式能够有效传力,提升装配式节点的受力性能。     

基于IDA的自复位预制剪力墙抗倒塌能力分析

自复位预制混凝土剪力墙通过预应力筋将分段预制墙片沿竖向拼接形成整体,同时在墙底部设置普通钢筋以增加耗能能力。前期的试验研究和数值模拟结果表明,自复位预制混凝土剪力墙具有损伤破坏程度轻、震后残余变形小的特点,是具有震后可恢复功能的抗震结构体系。为进一步研究该类体系在强地震动输入下的性能,特别是抗倒塌性能,设计了4层和6层原型结构,分别采用自复位预制混凝土剪力墙和传统钢筋混凝土剪力墙作为主要抗侧力构件。通过前期试验结果,建立了可靠的数值分析模型,用于后续倒塌分析。采用44条地震动输入对各原型结构进行非线性增量动力时程分析,并建立各自的倒塌易损性曲线,在此基础上采用FEMA P695标准评估和比较各原型结构的抗倒塌能力。分析结果表明,由于耗能能力略小的原因,自复位预制混凝土剪力墙在罕遇地震作用下的水平位移比传统现浇剪力墙稍大,但其在强震作用后的残余变形则明显小于普通钢筋混凝土剪力墙,即具备良好的震后自复位性能。倒塌易损性曲线的对比表明自复位预制剪力墙的变形能力显著优于普通剪力墙,因此震后损伤破坏程度轻。采用FEMA P695标准的方法对各原型结构抗倒塌能力评估结果表明,作者设计的4层和6层自复位预制剪力墙具有与普通现浇剪力墙接近的抗倒塌能力和地震安全冗余度,满足FEMA P695对结构抗倒塌安全性的要求。     

框架-剪力墙结构的侧向刚度分析

框架-剪力墙结构受力特征与水平荷载的分配不同于框架结构和剪力墙结构,框架与剪力墙各自承受的横向水平荷载合理分配要求必须对框架-剪力墙结构进行侧向刚度分析.本文基于框架-剪力墙之间结构侧移柔度,进行了框架-剪力墙结构侧向刚度分析,对于框架-剪力墙结构中框架与剪力墙各自承受水平荷载合理分配给出一种基于链杆内力离散化分布模式新的计算方法,其物理概念明确,计算简便,更较符合实际,可应用于平面框架-剪力墙结构情况.     

交叉加劲薄钢板剪力墙简化模型

薄钢板剪力墙依靠内填钢板屈曲后形成拉力带以抵抗水平荷载,是一种适用于高烈度地区的新型抗侧力结构.采用精细模型进行钢板剪力墙的计算和设计耗时长,为提高钢板墙结构设计的效率,基于拉力带简化模型,提出了交叉支撑-拉力带简化模型(CBSM)用于模拟交叉加劲钢板剪力墙的抗侧性能.推导了交叉加劲钢板墙的初始刚度和承载力计算公式,通过ABAQUS有限元软件建立精细模型和CBSM简化模型,与理论公式计算结果对比,验证简化模型的准确性.结果表明,在不同的跨度、内填板厚度和加劲肋刚度的情况下,精细模型、CBSM简化模型和理论公式3种方法预测的交叉加劲钢板剪力墙承载力有良好的一致性,说明CBSM简化模型能够较准确地预测交叉加劲钢板剪力墙的承载力,反映出加劲肋对钢板剪力墙结构抗侧能力的贡献.初始刚度理论计算公式与精细模型吻合得较好,CBSM简化模型预测刚度低于精细模型,是偏于安全的.     

高强混凝土剪力墙屈服位移计算方法

考虑高强混凝土受压强度高等特点,在高强混凝土剪力墙截面刚达到屈服状态时,假定截面受压区混凝土压应力为线性分布,基于平截面假定,用弯矩曲率分析法得到了剪力墙截面屈服曲率公式。采用屈服曲率公式,对影响高强混凝土剪力墙屈服曲率的参数进行了分析。结果表明,除轴压比外,纵向受力钢筋屈服应变对屈服曲率影响最大;在轴压比较大时,剪力墙截面两端翼墙的影响也较大。通过对计算结果的回归分析,提出了考虑轴压比、纵向受力钢筋屈服应变和剪力墙截面两端翼墙面积影响的屈服曲率计算公式。提出了高强混凝土剪力墙顶点屈服位移的计算公式,公式的计算值与12个高强混凝土高悬臂墙顶点屈服位移的试验值比较吻合。简化公式也适用于普通混凝土剪力墙的屈服位移计算。     

应用SATWE和TAT软件的几个问题

总结了在设计中应用钢筋混凝土框架结构三维空间分析软件SATWE和TAT时应注意的问题。通过对结构上采用平动计算与耦连计算的比较、侧刚计算与总刚计算的比较、对多塔计算的分析、底层层高合理取值的分析、上下抗侧移刚度比值的分析，说明在设计中、应根据工程实际情况并结合程序的计算原理进行设计前的详细分析，以使计算结果更趋合理。     

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。