连接方式对填充墙平面外性能的数值模拟分析

为了研究填充墙和框架之间的连接方式对填充墙的平面外性能的影响,通过利用ABAQUS结构非线性软件建立5种不同连接方式的模型,模拟填充墙在平面外力作用下的破坏模式,分析不同模型的荷载位移曲线以及等效塑性应变。研究结果表明:在框架填充墙倒塌破坏中平面外力的影响很大,因此平面外受力越大,墙体可能产生的塑性变形和破坏程度越大;填充墙的平面外承载力也随着填充墙与框架梁、柱的刚性连接而加强,从而保证结构整体的承载力和塑性变形能力。

基于三维匀质化的砌体墙板平面外性能研究

基于三维匀质化理论,建立了两种砌体的三维匀质化基本单元;将匀质化单元中的砂浆简化为零厚度的界面单元,推导出了三维匀质化砌体单元的平面外等效抗弯刚度的计算公式,并讨论了砂浆的弹性模量、泊松比、水平灰缝厚度与块体高度比值、竖向灰缝厚度与块体长度比值等参数对砌体平面外抗弯刚度的影响。结果表明:随着砂浆弹性模量的增大其对应的砌体匀质化单元的平面外抗弯刚度也增大;砂浆泊松比对砌体匀质化单元的平面外抗弯刚度的影响不大;水平灰缝厚度与块体高度的比值对平面外抗弯刚度的竖向分量影响较大,竖向灰缝厚度与块体长度比值对平面外抗弯刚度的水平向分量影响较大。同时,首次将匀质化后的砌体墙看成板来进行理论分析,借助弹性力学中板的经典理论来求解匀质化后的砌体墙的平面外力学性能,通过和试验数据比较可知理论分析结果与试验数据吻合较好。由于获得了综合考虑块体和砂浆性能的等效体的各种信息,基于三维匀质化理论的方法在考虑整体结构时不必再降低到组成相的层面进行研究。这为分析大型结构提供了方便,具有一定的实用价值,完善了砌体分析理论。

砌体墙板的平面外性能

基于三维匀质化方法,建立了砌体墙板的三维匀质化基本单元,将匀质化后的砌体墙看成四边有支撑的竖向平板,提出了运用板理论来研究砌体墙板的平面外力学性能的方法,且分别给出了薄板理论和中厚板理论下砌体墙板的匀质化模型,推导了在对应模型下的匀质化砌体墙板的跨中挠度计算公式,对120、180、240和370mm厚的砌体墙在固定高宽比和变化高宽比下的跨中挠度进行了详细的对比分析,得出了2种理论对不同尺寸的匀质化砌体墙板的适用性。该方法具有一定的实用价值,完善了砌体分析理论。

轻钢龙骨防火外墙及其与钢框架连接的平面外受力性能分析

针对轻钢龙骨防火外墙在L形角钢连接、异形角钢连接两种连接方式下的平面外受力性能进行了试验研究。然后采用有限元软件ABAQUS对试件进行模拟分析,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的有效性。进而考虑竖向轻钢龙骨间距及布置方式、横向轻钢龙骨厚度、异形角钢连接件个数、L形角钢与型钢梁连接自攻螺钉个数、L形角钢厚度六个因素的影响,对轻钢龙骨防火外墙及其与钢框架连接的平面外受力性能进行有限元模拟分析。结果表明:增加异形角钢连接件个数或L形角钢的自攻螺钉个数可提高墙体平面外极限承载力和刚度及连接件平面外刚度,且提高效果最为显著;减小龙骨间距能提高墙体平面外极限承载力及刚度;增加横向轻钢龙骨厚度能提高墙体平面外极限承载力和连接件平面外刚度;增加L形角钢厚度可明显提高墙体及连接件平面外刚度。

面层强化型发泡陶瓷板平面外受力性能试验研究

研发了一种面层强化型发泡陶瓷板,它由发泡陶瓷板复合高性能砂浆面层而成。进行了9个不同设计参数的发泡陶瓷板及面层强化型发泡陶瓷板平面外受力性能试验,设计参数包括:发泡陶瓷板是否嵌入钢筋网;钢筋网分布间距以及嵌入深度;发泡陶瓷板是否复合高性能砂浆面层;复合高性能砂浆面层是单面复合还是双面复合。试件宽1200 mm、厚80 mm,施加垂直于板面的集中荷载,力作用方向通过试件形心。对比分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度、应变。结果表明:内嵌钢筋网可克服发泡陶瓷板脆性破坏,发泡陶瓷板开槽并嵌入钢筋网后采用灌浆料粘结可保证钢筋网与发泡陶瓷板共同工作;与普通发泡陶瓷板相比,面层强化型发泡陶瓷板的承载力、刚度和变形能力显著提升。提出了面层强化型发泡陶瓷板平面外承载力简化计算公式,并进行了有限元模拟,计算及模拟结果与实测符合较好。

竖向拼接条板隔墙平面外抗震性能研究

层高较大的条板隔墙竖向往往采用条板拼接的构造形式,竖向拼接条板隔墙平面外强度和刚度较弱,在地震作用下有可能出现平面外破坏或垮塌的情况,为研究拼接预制条板隔墙的平面外抗震性能,进行了4个条板隔墙试件的平面外静载和冲击试验,4个试件分别为:凹凸槽条板隔墙,燕尾槽条板隔墙,凹凸槽条板开洞隔墙,燕尾槽条板开洞隔墙,用于对比不同槽口和是否开洞对条板隔墙平面外力学性能的影响。试件条板之间使用灌缝砂浆连接,在隔墙的一侧和上部使用钢制U型卡件将条板与混凝土框架连接,另一侧和下部使用灌缝砂浆和框架连接。对4个试件进行了气囊施加平面外均布荷载的静载试验和砂袋施加平面外冲击荷载的冲击试验。试验结果表明:接预制条板隔墙满足抗震设防烈度为7度地区条板隔墙的安全性要求,且其平面外抗冲击承载力超过了《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》的相应限值。后续的冲击试验结果显示条板隔墙能承受超过300J冲击能的冲击荷载,静载试验结果显示条板隔墙满足8度区罕遇地震的抗震安全要求。

经历平面外损伤的柔性连接填充墙框架结构平面内抗震性能试验研究

为研究墙体构造措施和墙-框连接方式对砌体填充墙框架结构抗震性能的影响,设计制作了1榀空框架、2榀部分柔性连接和2榀全部柔性连接填充墙框架试件,然后在平面外单调静力加载试验的基础上进行了平面内水平低周往复荷载试验,最后结合试验结果对各试件的抗震性能进行综合分析和对比。试验和分析结果表明:墙-柱刚性连接的部分柔性连接方案对结构平面内及平面外水平承载力和初始刚度有利,但从变形能力和延性角度来看,墙-柱柔性连接更有利;全部柔性连接条件下,通过增强填充墙构造可以实现填充墙框架结构平面内及平面外综合抗震性能的改善,其中“井字梁”形式的填充墙构造方案综合抗震性能最优,且有利于降低平面外损伤对平面内抗震性能的影响。

叠合板式剪力墙楼层节点平面外受力性能数值模拟分析

为研究叠合板式剪力墙楼层节点在平面外荷载作用下受力性能,文章利用有限元软件ABAQUS进行叠合板式剪力墙楼层节点的数值模拟,对轴压比、边缘构件和混凝土等参数进行分析。模拟发现:随着轴压比的增大,楼层节点承载力增大,而峰值后变形能力及承载力下降显著加快;节点试件承载力及变形能力受边缘构件影响不大,但实际工程应考虑设计边缘构造提高混凝土约束,从而提高叠合剪力墙墙板节点的整体承载力及预制率;高轴压下节点受内、外叶混凝土强度变化较低,轴压比下节点更显著。

轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙平面外受力性能试验

本文提出了一种轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙,是由内部嵌入钢筋的尾砂微晶发泡板与轻钢龙骨组合而成。为研究其风吸或风压作用下弹性变形性能以及平面外受弯破坏全过程,进行了8个轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙足尺试件的单向加载试验。试件参数包括组合墙高度、发泡板强度、嵌入发泡板的钢筋直径、发泡板是否带釉面、发泡板是否复合轻质砌块。每个试件均进行3个工况的加载,前两个工况模拟风吸作用,加载至试件外表面产生裂缝;第三个工况模拟风压作用,加载至试件破坏。采用门式加载架,悬吊试件实现简支,通过简支分配梁将集中荷载分成与试件八点接触加载,各加载点设置球铰支座。研究表明:轻钢龙骨与发泡板有良好的平面外共同工作性能;采取增大组合墙截面高度、提高发泡板材料强度、发泡板设置釉面层、发泡板复合粉煤灰砌块的构造措施,均可提高组合墙的平面外受力性能,复合粉煤灰砌块对提高试件平面外承载能力效果最为显著;利用截面换算方式对组合墙板平面外极限承载力进行计算,计算结果与试验符合较好。结合试验数据及外围护墙板的风荷载计算公式,计算出组合墙的极限风荷载值,为该组合墙的设计及工程应用提供了参考。

双面叠合剪力墙平面外受力性能

为研究带水平接缝的装配整体式双面叠合剪力墙的平面外受力性能,完成了1片双面叠合剪力墙和1片现浇剪力墙足尺试件的平面外静力加载试验和有限元参数分析,对比分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线、刚度退化特征和水平接缝处竖向连接钢筋的传力性能,提出了双面叠合剪力墙平面外受弯承载力和水平接缝截面受剪承载力的计算方法。结果表明:双面叠合剪力墙与现浇剪力墙试件的破坏形态基本相同,均为平面外弯曲破坏,与现浇剪力墙相比,双面叠合剪力墙试件的初始裂缝出现在底部水平接缝处,随后在墙面出现并逐级向上发展,表现出良好的延性破坏特征;双面叠合剪力墙试件具有较高的平面外受弯承载力和变形能力,其初始刚度、极限承载力、平面外位移延性系数均大于现浇剪力墙试件;双面叠合剪力墙试件的有限元计算结果与试验结果吻合良好;随着轴压比增加,叠合剪力墙平面外承载力明显增加,但延性明显降低;高厚比越小,叠合剪力墙平面外承载力越高,而对延性则影响不大;提出的受弯承载力计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导工程实践。

钢筋混凝土夹板墙加固石砌体片墙力学性能分析

为保护福州市平潭地区传统石头厝建筑的独特风格,本研究拟采用钢筋混凝土夹板墙对其进行加固并对其力学性能加以分析。为明确该加固技术对内、外墙的不同加固效果,首先,利用有限元数值分析软件ABAQUS分别建立了未加固、单侧加固和双侧加固的石砌体片墙试件的数值分析模型;然后,通过面外单向加载分析了混凝土加固层厚度及配筋率对加固墙体性的影响。结果表明,钢筋混凝土夹板墙能大幅度提高石砌体片墙的承载力,且随着加固层混凝土厚度的增加,墙体承载能力不断增大,但配筋率对加固效果的提高作用不明显。

带水平接缝单面叠合剪力墙平面外受力性能试验研究

为研究采用《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T 51231—2016)附录A规定的水平接缝连接方式的单面叠合剪力墙平面外受力性能,完成了1片带水平接缝单面叠合剪力墙和1片现浇剪力墙试件的平面外受力单调加载试验。结果表明:单面叠合剪力墙试件的裂缝分布形态与现浇剪力墙试件相同,均表现为典型的弯曲破坏特征;单面叠合剪力墙试件在平面外受力时的初始刚度、延性性能、极限承载力均明显高于现浇剪力墙试件,平面外刚度退化速度略大于现浇剪力墙试件;采用该水平接缝连接方式的竖向连接钢筋能有效传递钢筋应力;在平面外荷载作用下,单面叠合剪力墙的整体性保持完好,预制-后浇混凝土界面未发生剪切滑移破坏。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件对试件进行有限元建模分析,计算结果与试验结果吻合良好;计算结果表明,随着轴压比增大,单面叠合剪力墙的平面外承载力明显增加,而延性明显降低;竖向连接钢筋搭接长度越短,平面外承载力越低。

砌体填充墙平面内损伤对平面外抗震性能的影响

基于ABAQUS有限元软件对填充墙钢筋混凝土框架结构进行了分离式建模,利用已有的试验结果对其进行了验证。将地震作用下同时承受平面内外荷载的填充墙平面外行为简化为平面内维持加载的数值模型的平面外行为;将震损填充墙在余震作用下的平面外行为简化为平面内卸载的数值模型的平面外行为。利用有限元模型研究了平面内维持加载与卸载两种情况下,不同程度的平面内损伤对填充墙平面外抗震性能的影响。对于采用的实体蒸压加气混凝土砌块,维持IDR使填充墙的边界约束条件较强,平面内损伤对平面外承载力影响较小,但平面外变形导致填充墙在平面内退出工作。平面内卸载的填充墙平面内损伤引起的平面外承载力和初始刚度下降幅度较大,当IDR为2%时,平面外承载力与初始刚度下降幅度均大于50%。

高厚比对配筋砌体剪力墙平面外偏心受压性能影响的有限元分析

用ANSYS有限元分析软件分离式模型建立了14片配筋砌体剪力墙的计算模型,分析了多种工况下墙片的平面外偏心受压性能及高厚比与偏心距对配筋砌体剪力墙平面外偏心受压性能的影响,比较了不同高厚比墙片的荷载位移关系曲线,并对计算结果进行了分析.

KK形圆钢管相贯节点平面外受弯抗震性能研究

为了研究KK形圆钢管相贯节点的平面外受弯抗震性能,对KK形节点进行平面外往复弯矩加载试验,并将KK形节点的试验结果与已有钢管相同的X形节点的试验结果进行对比分析,考察2类节点的平面外受弯性能的差异。试验结果表明:KK形圆钢管节点的破坏模式为主管管壁塑性开裂,开裂后承载力下降缓慢,节点主要依靠主管管壁塑性发展和开裂后的裂纹扩散来耗能,节点的延性系数超过6,表现出良好的抗震性能和变形能力。而由于相邻支管相互作用,KK形节点在一根支管处的平面外抗弯承载力比相应的X形节点低了约23%,接近EC3规范关于X形节点平面外抗弯承载力公式计算值。此外,通过受力机理分析和有限元分析发现,在平面外弯矩作用下,KK形节点的核心区的受力方式为4角承受拉力作用,而X形节点的核心区则为2个对角方向拉力作用,KK形节点的塑性发展比X形节点更加均匀,且覆盖面更广。2个节点的试验结果对比也表明,KK形节点的耗能能力、变形能力以及延性均比X形节点更强。

RC剪力墙外挂WDF平面外振动台试验研究

页岩烧结复合外墙保温砌体(WDF)是一种新型外墙外保温材料.按照足尺模型共设计了4片RC剪力墙外挂WDF试件进行振动台平面外抗震性能试验,主要研究锚栓布置个数和布置形式对此保温体系平面外抗震性能的影响.试验结果表明:4片试件均有良好的抗震性能;WDF与基层墙体之间相对位移最大值在墙体顶部;随着锚栓布置个数增多,试件频率下降变慢;锚栓布置个数为每平方米4个时,试件平面外加速度响应最小,WDF与基层墙体之间的相对位移最小;梅花型布置时WDF与基层墙体之间裂缝较少且开展缓慢,试件平面外抗震性能较好,建议实际施工中采用梅花型布置形式.

ALC墙板钩头螺栓连接节点平面外抗冲切试验研究

为了解节点的受力性能,对13块钩头螺栓连接的ALC墙板节点试件进行了平面外荷载试验和有限元模拟。结果表明:对于使用钩头螺栓连接的蒸压加气混凝土墙板,在风荷载平面外吸力或向墙板外侧的水平地震作用下,通过垫片传递荷载,最终形成冲切破坏,整个破坏过程大致可分为开裂前的线性阶段、开裂阶段以及最后的破坏阶段;抗冲切承载力将随着节点区域横向钢筋数量增加或钢筋间距减小而加大;墙板厚度可明显影响抗冲切承载力;配置抗冲切短钢筋是提高抗冲切承载力的有效方式;节点破坏是沿着垫片四周按一定角度发生的冲切破坏,板长度方向的冲切破坏角在67.23°~71.07°之间变化,平均值为69.35°;板宽度方向的冲切角在61.67°~68.42°之间变化,平均值为64.89°;长度方向的冲切角略大于板宽方向,总体较为对称;设计的试验方法符合钩头螺栓连接的受力特点,通过跨中节点试验与有限元模拟相结合,得到端部节点的抗冲切承载力约为跨中节点抗冲切承载力的73%,可以认为随着节点位置与板端距离的增加,冲切锥体体积及周长将会增大,从而提升冲切峰值荷载。

装配式轻钢框架组合楼盖平面外受力性能研究

提出一种新型装配式轻钢框架组合楼盖,为研究其平面外受力性能,制作1个装配式足尺轻钢框架组合楼盖试件。对足尺试件进行平面外加载试验,研究轻钢框架组合楼盖破坏特征,分析试件承载力、刚度、变形能力及应变。建立装配式轻钢框架组合楼盖精细化有限元模型,进行平面外性能数值模拟及参数分析。结果表明:组合楼盖达到承载力极限状态时,板底受拉裂缝充分发展,钢梁沿弱轴发生扭转变形,底部钢筋断裂。当预制楼板配筋率由0.16%增大至0.42%,0.65%时,组合楼盖承载力分别提高了37.3%,65.2%;当栓钉间距由200mm增大至400,600mm时,楼盖承载力分别降低了8.2%,19.0%。取消楼板与H型钢梁间的抗剪栓钉后,楼盖承载力和刚度分别下降了26.4%,46.0%。数值模拟结果与试验结果吻合较好,通过参数分析优化了楼盖构造,可为工程设计提供参考。

双钢板-混凝土组合构件面外受力性能研究综述

主要对双钢板-混凝土组合构件面外受力性能的相关研究进行综述。从影响因素和承载力计算两方面介绍了国内外有关双钢板-混凝土受弯性能、受剪性能、受压性能的研究成果。总结相应的设计方法,介绍相关规范,重点对有关抗震性能的研究进行分析。通过对收集到的现有试验数据进行拟合及概率分析,提出对应不同保证率的屈曲应力计算公式;指出双钢板-混凝土组合构件研究中存在的若干问题,展望研究前景。

单排配筋剪力墙结构单元工作性能试验研究

为研究双向单排配筋混凝土剪力墙和双向双排配筋混凝土剪力墙空间力学性能的差异,对1个1/2缩尺的双向单排配筋混凝土剪力墙结构单元模型进行了单向重复竖向荷载下的试验研究.模型的一侧墙体为双向双排钢筋,另一侧为双向单排配筋,对应楼板中心位置施加竖向荷载,通过传力装置向楼板均衡施加荷载.在试验的基础上,分析了试件的承载力、滞回特性、刚度、墙体平面外工作性能、破坏特征,并用屈服线分析法计算了模型的竖向承载能力.试验表明,即使在楼板严重破坏的情况下,由于剪力墙的腹板与翼缘的共同工作,楼板两侧墙体的滞回曲线和墙体平面外挠度都比较接近,两侧墙体与楼板的相互作用差异不大,两侧墙体平面外的工作性能相近.研究结果表明,经过合理设计的双向单排配筋剪力墙可以满足抗震要求.