新型预制装配式混凝土剪力墙水平缝受力性能的数值分析_姜新佩

新型预制装配式混凝土剪力墙水平缝受力性能的数值分析_姜新佩 新型预制装配式混凝土剪力墙水平缝受力性能的数值分析_ 姜新佩 第,,卷第,,期,,,,年,,月 ()文章编号:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 水 电 能 源 科 学 ,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,, ,,,(,,,,(,, ,,,(,,,, 新型预制装配式混凝土剪力墙水平缝受力性能的数值分析 姜新佩,，刘启超,，付素娟,，李 姜, (,(河北工程大学水电学院，河北邯郸,,,,,,;,(河北省建筑科学研究院，河北石家庄,,,,,,; ),(河北省地震局，河北石家庄,,,,,, 摘要:为解决装配式剪力墙钢筋外伸及湿作业影响工程质量的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，设计出了一种无外伸钢筋且利用钢预埋件焊接的干连接方式的新型装配式剪力墙，并采用,,,,,有限元法模拟分析新型装配式剪力墙水平缝干连？再通过与,试验现浇剪力墙的滞回曲线、骨接方式时水平缝的受力性能，,,,,有限元法模拟的现浇剪力墙、？架曲线、延性系数、耗能能力、刚度退化等进行了对比分析。结果表明，————————————————————————————————————————————————————— 在低周反复荷载的作用下，该新型预制抗震能力等方面比现浇剪力墙略弱，但接近于现浇剪力墙结构，受力性能装配式剪力墙结构虽然在耗能能力、较好，抗震性能较好。 关键词:新型预制装配式混凝土剪力墙;水平缝;受力性能;数值分析中图分类号:,,,,,(, 文献标志码:, , 引言 随着我国城镇化建设步伐的加快，预制装配式混凝土结构正在取代传统的粗放型现浇混凝土具有能源消耗少、施工速度快、环境影响小、结构， 质量易控制等优点，故研究其变形就具有十分重 ,, 要的意义。宋国华等,在反复荷载作用下，研究 ,, 了装配式大板结构竖缝的抗震性能;刘家彬等,分析了竖向钢筋搭接连接的装配式混凝土剪力墙 ,, 抗震性能;朱张峰等,研究了装配式短肢剪力墙 ,, 节点破坏形态;陈建伟等,研究了装配式框架剪 ,, 薛伟辰等,分析了竖向力墙接缝连接构造情况; ————————————————————————————————————————————————————— 钢筋连接的排数、数量对装配式剪力墙的影响。但这些研究大部分关注的重点在于装配式整体形式，仍需要部分现场湿作业。为避免湿作业影响工程质量，本文针对预制装配式剪力墙结构的水平缝连接方式，设计了一种无外伸钢筋的新型节点干连接方式，采用,,,,,有限元法分析了低？ 周反复荷载作用下的新型装配式剪力墙试件的受力情况，发现其受力性能强于现浇剪力墙，表现出较好的抗震性能。 板内有大量的钢筋外伸，这给运输和安装带来了本文设计了一种新型预制装配式剪不便。为此， 力墙，贯通钢筋预留孔洞，就可方便墙板安装定解决墙板钢筋外伸问题。新型预制装配式剪位， 力墙设计的单片墙尺寸为,,,,,,×,,,, ，高×长×厚)构造配筋详图见图,,×,,,,,( 下两片墙体两侧各预留钢板尺寸为,,。上、,,，高×长×厚)预留钢板,,×,,,,,×,,,,( 与钢筋笼焊接;再利用钢板尺寸为,,,,,×,,,高×长×厚)三面围焊的方式连接,,×,,,,( 下墙体，墙体采用长度,直径, 上、,,,,,、,,, 的,,混凝土强度等级采用,,,,带肋贯通钢筋;其余钢筋级别均采用,,,,,，,,,,。地梁尺寸 ，为,高×长×宽),,,,×,,,,,,×,,,,,( ————————————————————————————————————————————————————— , 新型预制装配式剪力墙设计及安 装工艺 )设计。实际上，传统的预制装配式剪力墙, ( ，收稿日期:修回日期:,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)基金项目:河北省建设厅项目(,,,,,,,,,,,,, 图, 新型预制装配式剪力墙试件设计,,;,,,,,(, ,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,, ,,, ，:作者简介:姜新佩(男，博士、教授，研究方向为水工结构工程，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,？(;,,,)？ 第,,卷第,,期姜新佩等:新型预制装配式混凝土剪力墙水平缝受力性能的数值分析 ?,,,? 新型预制装配式剪力墙地梁试件结构见图, 。 图, 现浇剪力墙构件设计(单位:,,),,(, ,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;, ,,, ,(, 材料本构关系 图,单位:,,) 新型预制装配式剪力墙地梁试件设计(,————————————————————————————————————————————————————— ,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,, ,,,,, 采用,,,,,有限元法模拟新型预制装配式？试验现浇剪力墙试件，采用混凝土损伤塑剪力墙、 性模型模拟混凝土力学性能，混凝土本构模型采 ,,, 用《混凝土结构设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》推荐的本构关系，钢 ()安装工艺。新型预制装配式剪力墙体连, 接的安装工艺为:?将上层的贯通钢筋与下层预留的贯通钢筋焊接。焊接位置设置在水平缝上方使得钢筋焊接面与水平缝不处于一个水,,处， 可有效增加构件平面。焊缝不处于弯矩最大处， 使贯通钢筋穿过预的抗震性能。?吊装剪力墙， 留孔洞。当墙板吊装到合适的位置时，焊接预留钢板与连接钢板。?墙体预留孔洞由下向上灌注微膨胀混凝土。?吊装叠合板，将上下层墙板、楼板现浇组合在一起。装配效果见图, 。 筋本构采用,,,,,,,,集合中的,,,,,,,,钢筋模 型子程序模型。 ,(, 有限元模型及加载 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ————————————————————————————————————————————————————— 本文钢板及混凝土 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 采用,钢,,,,单元，筋单元采用,,,,单元。首先将预留钢板与钢筋组合成为一个整体，再将钢骨架采用嵌入的方式嵌到墙体中，墙体上方施加竖向均布荷载，模拟加轴压比为,(载梁，,。混凝土初始弹性模量为,,,，，泊松比,(钢筋初始弹性模量,,;,,,,,,,,, 泊松比为,(,。不考虑新旧混凝土界面的粘结作界面极限抗剪承载力主要由水平缝的钢筋、钢用， 板及墙板在受压作用下产生的截面抗剪摩擦力决定。装配式墙体与地梁混凝土接触定义切向库仑摩擦接触，钢板之间的焊接采用,,,连接。 采用位移加载模拟施加低周反复荷载，加载点位于墙侧顶端。按照ΔΔ,(,为剪力墙的屈服位、„„的位移幅值进行加载，每级移值),,ΔΔ,、,、幅值循环,次，至剪力墙完全破坏，就可停止加载。将剪力墙承载力下降为极限承载力的,,,。时定义为试件完全破坏。 新型预制装配式剪力墙的,,,,,模型见图？,。配筋相同的对照组的现浇墙的,,,,,模型？见图,。 图, 装配效果示意图,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 为了与文献,中的现浇剪力墙试验结果进,,行对比，试验现浇剪力墙尺寸与新型装配式剪力墙有限元模型尺寸相同，即剪力墙构件具体尺寸为,高×长×,,,,,×,,,,,,×,,,,,————————————————————————————————————————————————————— ( ，宽)构造配筋详图见图,。 , 有限元结果与分析 ,(, 试件变形及连接件的应力分布 破坏状态时的新型预制装配式混凝土剪力墙的整体变形与墙板应力分布见图,，试件基本呈 , 有限元模型的建立 ?,,,?水 电 能 源 科 学 ,,,,年 当位移加载到,均处在弹性变形阶段;,,,时， ，连接钢板最大应力为,进入屈服阶段;随,,,,, 后当位移加载到,贯通钢筋进入屈服阶,,,时， ;段，最大应力,当位移加载到,,,,,,,,,时， 连接钢板的最大应力开始增加，进入塑性硬化阶段;当位移加载到,贯通钢筋进入塑性,,,时， 硬化阶段;当位移加载到,连接钢板到,,,时， ，达极限应力,进入缩颈变形阶段。试件完,,,,, 全破坏时，连接钢板完全断裂，贯通钢筋并没破坏。,(, 滞回曲线与骨架曲线分析 图, 新型装配式剪力墙,,,,,模型？ ,,(, ,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,, ————————————————————————————————————————————————————— ,,,;,,, ,？,滞回曲线一次循环滞回环所围面积可用来表示结构构件的能耗能力，结构构件在一次循环加 载中所吸收的地震能量，可由本次循环滞回环包围的面积来表示。对新型预制装配式剪力墙构件和现浇构件施加低周往复荷载，得到的滞回曲线和骨架曲线见图, 。 图, 现浇剪力墙,,,,,模型？ ,,(, ,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,, , ,, ,？, 图, 新型预制装配式混凝土剪力墙试件变形及应力分布,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , 弯曲变形模式，发生弯曲破坏。随位移的增加，贯通钢筋、连接钢板的最大应力变化见图, 。 图, 滞回曲线以及骨架曲线 ,,(, ,,,,,,,,,;,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,, ————————————————————————————————————————————————————— ,, 图, 新型预制装配式混凝土剪力墙连接件最大应力变化,,(, ,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,,, ,,, ()、()由图,现浇剪力墙有限元模拟的极,;这是因为:限荷载等结果比试验所得结果高，?建 模未考虑钢筋混凝土之间的粘结滑移;?试件存由图,可知，加载初期，连接钢板、贯通钢筋 第,,卷第,,期姜新佩等:新型预制装配式混凝土剪力墙水平缝受力性能的数值分析 ?,,,? 在诸如混凝土振捣不充分、试件养护过程不达标等，而有限元模拟中的材料并无缺陷。由于现浇剪力墙有限元模拟的极限荷载与试验结果相差基本可认定有限元模型建模正确。,,(,,， ))分析现浇剪力墙有限元模拟(图,(与试,))图,(可知，两条曲验现浇剪力墙的滞回曲线(;线变化趋势基本一致。当小位移加载时，滞回曲说明在小位移加载时，构件的荷载位移线为直线， 变化为线性关系，构件处于弹性状态。由于新型)预制装配式剪力墙(图,(受拉部分只有钢筋,)参与，所以在等同荷载下其变形量比现浇剪力墙当加载位移逐渐增大时，滞回曲线出现弯要大; 曲，不再为线性变化，且构件刚度开始下降。由此可判断构件处于弹塑性阶段;在卸载过程中，由于剪力墙刚度下降，出现新型预混————————————————————————————————————————————————————— 凝土的塑性变形、 。制装配式混凝土剪力墙滞回曲线的“捏拢效应” 模拟的新型预制装配式剪力墙的屈服荷载、极限荷载、滞回环面积低于模拟现浇剪力墙，但模拟新型预制装配式剪力墙试件滞回曲线的变化趋势基本与模拟现浇墙试件滞回曲线一致。 ()由图,可看出，模拟现浇剪力墙的刚度下,其次为试验剪力墙骨架曲线，模降过程相对最慢， 拟新型预制装配式剪力墙刚度下降最快，耗能能中三种构件的骨架曲线变力下降最快。图,(,)化趋势较为一致。当构件处于弹性阶段时，位移随荷载的增加而线性增加。试验现浇剪力墙刚度与有限元模拟现浇剪力墙的刚度基本一致，且均大于有限元模拟的新型预制装配式剪力墙刚度;当处于强化阶段时，三种构件刚度均有不同程度下降，有限元模拟现浇剪力墙的屈服荷载与有限元模拟新型预制装配式剪力墙的屈服荷载相近，试验现浇剪力墙的屈服荷载明显小于有限元模拟值;当构件处在破坏阶段时，荷载达到极限荷载后有限元模拟现浇剪力墙的极限荷均有小幅下降， 载对应的位移与有限元模拟的新型预制装配式剪力墙的极限荷载对应的位移基本一致。具体特征值参见表,。 表, 各试件主要参数性能指标 ,,,,,,,,;,,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,, ,, ————————————————————————————————————————————————————— 主要参数,屈服位移Δ,, ,,屈服荷载,,, ,,极限位移Δ,, ,,极限荷载,,, , ,极限荷载对应的位移Δ,, , 位移延性比μ等效粘滞阻尼系数,; 现浇试验,, ,,, ,, ,,, ,, ,(,,, ,(,,, 现浇模拟装配式模拟,, ,,, ,, ,,, ,, ,(,,, ,(,,, ,,,,,,,,,,,,,(,,,,(,,, 耗能能力分析,(, 延性、 构件的极限荷载和相应的位移是指骨架曲线上最大荷载点对应的荷载和位移。采用“能量等效面积法”确定构件的屈服位移。构件的位移延,可由极限位移与屈服位移之比性比μ(Δ,,)μ,Δ 来确定。 构件在地震作用下耗能地震能量的能力称为耗能能力用等效粘滞阻尼系数,耗能能力，;来反映。构件在地震作用下耗散的能量越多，等效粘滞阻尼系数也就越大。等效粘滞阻尼系数,;计算公式为: ,,,,,(), ,,,π,,,，,,, 式中，,,,,,为一个滞回环包含的面积;,,,,为原点 ,;, 正方向极值与其在,轴的垂足包络面积;,,,,为原负方向极————————————————————————————————————————————————————— 值与其在,轴的垂足包络面积。点、 有限元模拟现浇剪力墙、新型预制装配式剪力墙滞回曲线的滞回环的面积见表,。 表, 有限元模拟现浇剪力墙、装配式剪力墙滞回曲线 的滞回环的面积 ,,,(, ,,,,,,,,;,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,, ((滞回环面积,,,?,,)面积,,,?,,)模拟装配式剪力墙,,,(,,,,,,(,, 模拟现浇剪力墙 ,,,(,, ,,,,(,, 试件种类 屈服荷载所在的 限荷载所在滞回环 滞回环的面积亦随之 随着加载位移的增大，逐渐增大。在加载初期，新型预制装配式剪力墙构件与现浇剪力墙构件的滞回环面积基本相等，都较小，表明此时构件处在弹性阶段。随着加载位移的增大，端部混凝土出现开裂，构件损伤也在结构的滞回耗能能力逐渐提高。新型逐渐积累， 预制模拟装配式剪力墙试件的滞回环的耗能能力在整个加载过程中要低于模拟现浇剪力墙试件，说明现浇剪力墙试件受力更为合理、————————————————————————————————————————————————————— 耗能能力更好。 由表,、有,可知:?在低周反复荷载作用下，限元法模拟的现浇剪力墙、新型预制装配式剪力墙构件的屈服位移、屈服荷载、极限荷载对应的位移较接近;?模拟现浇剪力墙的极限荷载略高于模拟新型预制装配式剪力墙的极限荷载;?模拟现浇剪力墙的极限位移、极限荷载高于试验现浇模拟构件的塑性变形能力较好，有试件;?试验、较好的延性;?试验现浇剪力墙混凝土的实际损伤要比有限元模拟的损伤值更为严重，因此试验现浇剪力墙承载力下降最快，位移延性最低;?三种试件的等效粘滞阻尼系数较接近，这不仅表明有限元模拟现浇剪力墙、新型预制装配式剪力墙结果正确，而且也表明新型预制装配式剪力墙抗 ?,,,?震性能良好。 ,(, 刚度退化曲线分析 割线刚度计算公式为: 水 电 能 源 科 学 ,,,,年 (针对本文设计的一种无外伸钢筋且利用 , 钢预埋件焊接的干连接方式的新型预制装配式剪力墙，采用,,,,,有限元法模拟了新型预制装？ 配式剪力墙的受力性能，并与,,,,,有限元法？试验现浇剪力墙的受力性能模拟的现浇剪力墙、 参数进行了对比分析，结果表明新型预制装配式剪力墙的受力性————————————————————————————————————————————————————— 能优于现浇剪力墙。 钢筋混凝土单元采用,(采用有限元模拟时，嵌入连接，未考虑钢筋与混凝土之间的粘结滑移，仍需要进一步的计算分析。参考文献: ,,柳炳康，王东炜(反复荷载作用下,,,,,竖 宋国华， ,缝抗震性能试验及理论研究,,(建筑结构学报，():,,,,，,,,,,,,(, ,,陈云钢，郭正兴，等(竖向新型连接装配式, 刘家彬， ,剪力墙抗震性能试验研究,自然,(湖南大学学报:():科学版，,,,,，,,,,,,,(, ,,郭正兴(装配式短肢剪力墙平面模型抗震, 朱张峰， ,:性能试验,,(哈尔滨工业大学学报，,,,,，,,(,),,,,(, ,,苏幼坡(预制装配式剪力墙结构及其连接, 陈建伟， ,():技术,,(世界地震工程，,,,,，,,,,,,,(,,,杨佳林，董年才，等(低周反复荷载下预制, 薛伟辰， ,混凝土夹心保温剪力墙的试验研究,,(东南大学():学报:自然科学版，,,,,，,,,,,,,,,,,( , ,,刘家彬，郭正兴，等(装配式剪力墙水平拼, 陈云钢， ,,,, (), Δ,，,Δ, 式中，,,次峰值点的荷载值;Δ,为第,为第,次峰值位移值。 ————————————————————————————————————————————————————— ,,, 模拟的现浇剪力墙、新型预制装配式剪力墙刚度退化曲线见图,,。由图,,可知:?模拟现浇剪力墙与模拟新型预制装配式剪力墙的初始刚度基本持平。由于试件材料先天性的缺陷，试验现浇剪力墙试件的初始刚度最低。?小位移加载时，所有试件的刚度都有大幅度的退化，试验现浇墙的刚度退化最慢;随着加载的继续，进入屈服阶 段后，三种试件的刚度相近，退化趋势基本持平。?模拟现浇剪力墙模型及模拟新型预制装配式剪力墙刚度退化曲线较相似，且模拟新型预制装配式剪力墙模型的刚度退化在后期时的下降趋势变化缓慢，具有较好的抗震性能。 图,, 刚度退化曲线 ,,(,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,, ,, ,缝钢筋浆锚搭接抗震性能试验,哈尔滨工业大学,(():学报，,,,,，,,,,,,,(, ,,，混凝土结构设计规范,北京:中,,,,,,,,,,,,,( ,, 国建筑工业出版社，,,,,( , 结论 ,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , ————————————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,, , ,, ,,,, ，，,，,,,,,,,，, ,,;,,,,,,,,，,,,,,,,,, ,, ，, , ,, (，,，,;,(,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,, ,,,, ，;,(,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,;,, ,,,,, ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,) ,,,, :,,,,,,;,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,？,,,,,,,, ————————————————————————————————————————————————————— ，,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,, , ,,,,,,,,,, ,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,, ,, ，，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,, ,,, ，，,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,, ,, ,,,,,,,, ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,, ，,,,,;,,;,,,,,,,,,————————————————————————————————————————————————————— ,,;;,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,, ，,,,;,,,,,,,,,,,,;,(,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,; ,, ,,, :;;;,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,, ,,,,,, —————————————————————————————————————————————————————