保温叠合剪力墙FRP连接件力学性能

以夹心保温叠合剪力墙为研究对象,研究螺纹型、矩形和六芒星状3种纤维增强复合材料连接件(FRP)在施工阶段和使用阶段下的抗剪力学性能,并且对三种FRP连接件在两个阶段下的破坏形态、抗拔承载力和荷载-位移曲线进行分析,结果表明:试件的破坏形态主要有混凝土锚固破坏,层间剪切破坏和断裂破坏。施工阶段下单根FRP连接件最终抗剪承载力在1.41~3.91 kN之间,使用阶段下单根FRP连接件最终的抗剪承载力在3.19~6.02 kN之间,根据理论公式得到的计算值与试验值对比可知,在两个阶段情况下3种连接件的安全系数均大于1,均有较大的安全储备,可以应用到实际工程中。

L形内置钢板混凝土组合剪力墙抗剪性能分析

为揭示L形内置钢板混凝土组合剪力墙的工作机理并提出其抗剪承载力计算公式,首先建立了非线性有限元模型,并通过试验结果进行了验证。在此基础上研究了高宽比、轴压比、钢板厚度、混凝土强度、翼缘长度等参数对剪力墙抗剪性能的影响。最后,提出了剪力墙的抗剪承载力计算公式。结果表明:剪力墙在受力过程中,腹板是主要受力构件;随着高宽比的减小,剪力墙的抗剪承载力和初始抗侧刚度增大;随着轴压比的增大,剪力墙的抗剪承载力增大,但当轴压比超过0.5时,抗剪承载力开始降低;将所提出的剪力墙抗剪承载力计算公式与现有的计算公式相比,计算结果误差较小,可以为工程应用提供参考。

装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能

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。

十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能研究

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-应变曲线等轴压受力性能进行分析,提出轴压承载力计算公式。其次,建立剪力墙轴压有限元计算模型,将试验结果和模型计算结果进行对比以验证有限元模型的准确性。最后,根据有限元参数化分析结果验证并修正剪力墙轴压承载力计算公式。研究发现,剪力墙的轴向荷载-应变曲线在不同腔体数下具有相似的特征,表明其变形能力良好。在破坏过程中,钢管束对核心混凝土的约束作用显著,提高了试件的延性和承载能力,其中钢管束的破坏主要表现为多波鼓曲和焊缝开裂,尤其是在钢管束中部的1/4区域。此外,随着腔体数增加,剪力墙极限承载力提升,但其延性系数有所下降。本研究提出的简化公式与有限元分析结果的误差控制在10%以内,该公式可为工程设计应用提供理论借鉴。

自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能,共进行了48组连接接头抗剪性能试验,包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度,不同搭接板厚比(变化范围1.0~2.0),包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接的连接方式。观察混合连接的破坏模式,自攻螺钉未发现拉脱破坏,其破坏模式主要表现为:板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏3种;相较单一连接方式,混合连接荷载–位移曲线表现出更长的塑性阶段;当板厚比大于1.5且组合板厚小于3.0mm,混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显;利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算,与试验结果对比,计算结果偏保守。研究发现:混合连接能较好地弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷,有效改善自攻螺钉拉脱破坏,从而提升连接的承载力及延性;板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素,与单一连接相比,板厚比越大,承载力提升越大;排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限;在本文试验工况下,结合混合连接的破坏模式,在现有计算方法的基础上,提出改善后的计算方法,其计算结果更合理。

低周反复荷载下T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙受力性能试验研究

为研究低周反复荷载下T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙的受力性能,对5个T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙进行了低周反复加载试验。基于试验数据,分析了T型组合剪力墙的破坏模式、滞回曲线、变形能力及耗能能力,重点研究了边缘约束条件、波纹类型以及轴压比不同变化参数对T型组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。研究结果表明:T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙破坏模式主要有压屈破坏和压弯破坏两种;设置边缘约束构件是提高T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙承载能力和变形能力的关键因素;纵向窄波纹钢板对内部混凝土的约束能力更强,在低周反复荷载下两者协同工作性更优,而横向窄波纹钢板试件强度退化最严重;采用全截面塑性设计方法进行T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验值与计算值吻合良好;T型双波纹钢板混凝土组合剪力墙具有较好的承载能力和变形能力,可适用于高层及超高层建筑结构中。

装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙轴压性能研究

提出一种装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙,设计3个具有不同配筋形式和混凝土种类的墙板试件进行轴心受压试验,获得墙板在轴压作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力储备系数、延性系数、材料利用率等性能指标。通过ABAQUS有限元分析软件对墙板进行参数化分析,研究内嵌钢板强度和厚度对其轴压性能的影响。结果表明,墙板具有良好的承载力储备能力和延性性能;混凝土中掺入1%体积比的钢纤维可显著提高墙板内混凝土的抗拉性能,使混凝土强度得到更加充分的利用,布置钢筋可以显著提高墙板延性;墙板的承载力和延性随内嵌钢板厚度和强度的增加而增大,强度为Q355、厚度为4、6mm时,墙板材料利用率更高。提出适用于该类墙板的轴压承载力设计公式,考虑钢板屈曲和截面组合效应的墙板轴心受压承载力设计公式计算结果较精确。

新增部分剪力墙的框架结构抗震性能研究

在框架结构中新增部分剪力墙,能够明显提升结构的抗震性能,框架与新增部分剪力墙之间新老混凝土界面受力行为是结构分析的关键问题。运用ABAQUS有限元软件,基于新老混凝土界面模拟方法,建立了4个高宽比为1.5的框架-剪力墙模型,通过低周往复加载,研究了新老混凝土界面参数、新增剪力墙的混凝土强度、墙与框架的连接方式对承载力的影响。分析了新增部分剪力墙的框架结构和整浇框架-剪力墙结构在破坏形态、承载力和延性等抗震性能方面的差异。研究结果表明:新增部分剪力墙的框架结构的屈服荷载和峰值荷载都小于整浇框架-剪力墙结构,新增墙体端部设暗柱,不与框架柱连接的方式和分布筋全部插入框架的方式在承载力上相差不大。最后,给出了新增部分剪力墙的框架结构的水平承载力计算公式。

钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架抗震性能试验研究

为研究钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架结构的抗震性能并建立受剪承载力计算公式,设计制作了8榀低矮填充墙框架结构、3榀高窄填充墙框架结构、1榀未设钢筋-砂浆面层交叉条带加固的对照试件,进行了抗震性能试验。结果表明:钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架的受剪承载力受混凝土强度、框架柱截面尺寸以及交叉条带配筋量影响较大,加固后受剪承载力最高可提升40%;加固后试件的耗能能力和延性均有一定程度的提升;在填充墙上增设的钢筋-砂浆面层交叉条带可视为协助框架结构受力的拉压杆体系。对试验数据进行拟合得到加固后试件受剪承载力计算公式,结果表明:框架、填充墙和交叉条带之间有承载力协同效果,填充墙框架结构的公式计算值和试验值吻合较好。

钢板混凝土剪力墙拉弯剪性能试验研究

超高层建筑“细柔”特征容易引起底部剪力墙在强震下处于拉-弯-剪复合受力状态,中国《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号)建议墙肢采用配置型钢/钢板的方式来改善该种抗震性能,但缺乏相关试验研究。为此,进行了6片钢板混凝土剪力墙的低周往复荷载试验,研究了轴拉比、含钢率及剪跨比对墙肢拉弯剪性能的影响。研究表明:拉弯剪作用引起钢板混凝土剪力墙密集的裂缝分布和显著的钢材强化,并导致其剪切-拉弯耦合破坏。轴拉比增大,墙肢承载力、初始抗侧刚度和延性分别降低22%、41%和39%;剪跨比减小,墙肢承载力和抗侧刚度至少提升23%;同时增大含钢率和降低剪跨比,墙肢延性提高10%。相比其他国家规范,中国规范对拉弯剪作用下钢板混凝土剪力墙的抗剪承载力预测效果更好,但其未能考虑高含钢率对裂面销栓力的影响,故建议采用暗柱的初始含钢率进行修正。

混合联肢PEC墙结构简化力学分析模型及承载力计算

为克服钢筋混凝土墙肢底部易发生脆性破坏的缺点,提高联肢剪力墙结构的抗震性能,采用PEC剪力墙肢代替混合联肢剪力墙结构中的钢筋混凝土剪力墙肢,形成新型混合联肢PEC墙结构.通过改变钢连梁截面尺寸、PEC墙肢宽厚比以及楼层数形成3个系列共8个模型,研究了弹性耦连比和改变弹性耦连比的方式对混合联肢PEC墙结构滞回性能和应力分布的影响.结果表明:各个系列模型滞回曲线均饱满而稳定,未出现明显捏缩现象,证明混合联肢PEC墙结构抗震性能好、耗能能力强,适用于高烈度抗震设防地区;与已有联肢墙结构研究成果一致,弹性耦连比是影响混合联肢PEC墙结构整体性能的主要因素,并不会因为实现方式不同而影响结构应力分布规律;为保证结构达极限承载能力状态时各层钢连梁均发生剪切屈服并充分发展塑性,同时避免受拉侧墙肢发生延性较差的小偏心受拉破坏,应控制弹性耦连比小于等于70%;基于有限元模型分析结果,探讨了混合联肢PEC墙结构受力机理,建立了结构简化力学分析模型,给出了极限承载力计算公式;试验及有限元模型分析结果与理论计算结果误差在15%以内,且均为理论值偏低,证明本文提出的混合联肢PEC墙结构极限承载力计算公式精度较高且偏于安全,可用于计算结构极限承载力.

预制混凝土夹心保温墙体GFRP连接件抗剪性能研究

纤维增强材料连接件因导热系数低、耐久性好等特点,在建筑外墙中具有广阔的工程应用前景。然而,纤维增强材料连接件抗剪性能较差,有必要开展采用纤维增强材料连接件的墙板抗剪性能研究。利用Abaqus有限元软件,选择合理的混凝土和连接件本构模型,建立4种不同类型连接件的数值模型。通过与试验结果进行对比,证明所建模型的有效性。随后探讨混凝土等级、连接件数量、连接件布置方式对夹心保温墙板抗剪承载力的影响。研究结果表明,提高混凝土等级能够提高部分夹心保温墙板在破坏阶段的承载力,但提升能力十分有限;连接件水平布置比垂直布置的墙板承载力略高;对于使用棒状及类似形状连接件的夹心保温墙板,增加连接件数量是最直接提高抗剪能力的方式。最后,分析了夹心保温墙板不同的失效模式及其计算方法。

夹心保温外墙断桥幕墙连接件力学性能试验研究

采用夹心保温外墙板作为建筑外围护结构已非常普遍,但与传统幕墙的连接仍是近年来需要解决的难题。研发了一种夹心保温外墙断桥幕墙连接件,用于预制夹心保温外墙板和幕墙的连接。为研究连接件的力学性能,开展连接件的拉拔试验和剪切试验,对比60mm、80mm和100mmm三种保温层厚度和两种保温层材质(XPS和PU)试件的破坏形态、荷载-位移曲线、抗剪承载力等,对其锚固和抗剪性能进行了研究分析。结果表明:拉拔试件破坏模式为混凝土锚固破坏;剪切试件因连接件端部的内叶板混凝土开裂而达到抗剪承载力;随着保温层厚度的增大,剪切试件抗剪承载力逐渐减小,连接件与内叶板的协同作用减弱,内叶板转角减小。

水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构抗剪性能研究

为实现剪力墙结构震损后的快速修复,提出一种水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构(Repairable precast shear wall with horizontal steel connections,RPW-HSC),采用ABAQUS软件对高宽比为1.0的RPW-HSC试件进行建模分析,数值模拟结果与试验结果吻合良好。通过有限元参数化建模,研究钢制连接中剪切板的厚度、开缝处小钢柱的高宽比、钢板强度及轴压比对RPW-HSC试件抗剪性能的影响,建立RPW-HSC抗剪承载力设计方法。结果表明:RPW-HSC试件的刚度与抗剪承载力随剪切板厚度、钢材强度及轴压比的增加而增加,但参数过大会导致该试件由钢制剪切板破坏转变为上部预制混凝土墙体破坏;当钢制剪切板开缝处小钢柱高宽比小于3时,试件的破坏由开缝处小钢柱的弯曲破坏变成上部预制混凝土墙体的剪切破坏。因此,需控制合理的设计参数以实现RPW-HSC试件结构损伤可控及震损可修复。RPW-HSC试件抗剪承载力设计方法获得的理论计算值与试验值及有限元结果吻合较好,验证了抗剪承载力设计方法的准确性。

基于神经网络的板墙组合式固化土地基承载力计算方 法与优化设计

软土固化技术在地基处理中应用广泛,为发挥其空间可塑性优势,板墙组合式固化土地基逐步在工程中得到应用。然而,板墙组合式固化土地基承载力尚无可靠计算方法,叠加固化土与软土力学参数不确定性,导致板墙组合式固化土地基优化设计困难,需要提出一种板墙组合式固化土地基承载力计算及优化设计方法。以浙江省台州市经纬110 kV滨海变电站场地为研究对象,测试固化土与软土力学参数,建立数值模型计算板墙组合式地基承载力,以此为基础训练神经网络模型,作为板墙组合式固化土地基承载力计算模型,为工程应用提供便利。引入岩土工程鲁棒性设计理论,采用蒙特卡洛模拟处理固化土与软土力学参数不确定性,以标准差作为鲁棒性评价指标评估不确定性对设计的影响,以固化土地基截面面积近似表征工程造价,实现考虑经济性和鲁棒性的固化土地基优化设计。将设计方法应用于工程实例,得到最优设计方案为固化板厚度P=2 m、固化墙深度W=3 m、固化墙厚度D=1.5 m、固化墙净间距S=1 m,为工程设计提供参考。本研究提出的板墙组合式固化土地基承载力计算模型及优化设计方法为相关工程计算和设计提供新思路和新方法。

某医疗框架-剪力墙结构隔震设计与分析

基于《建设工程抗震管理条例》和《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021),对位于高烈度地区的某医疗建筑进行了详细的隔震设计与分析。项目采用框架-剪力墙结构,地上14层,隔震层位于地下室顶板,隔震支座拟采用摩擦摆隔震支座,采用YJK软件对其进行了设防地震作用下的CCQC反应谱分析,研究了层剪力比、层间位移角等重要参数,并采用Paco-SAP软件对其进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,评估了大震作用下上部结构的抗震性能。隔震分析结果表明:采用摩擦摆隔震支座可有效降低该结构在地震作用下的层间剪力,上部结构可按设防烈度降低1度采取抗震措施,各塔各层间位移角均满足《建筑隔震设计标准》(GB/T 51408—2021)相关要求;罕遇地震作用下,结构弹塑性层间位移角最大值低于1/100,隔震支座的极值面压、支座位移均满足规范要求,构件性能水准均处于轻微损坏和轻度损坏之间,极少数构件出现中度及以上损坏,该隔震结构基本满足“中震不坏”的性能目标。

基于强水平缝弱竖向缝的装配式剪力墙试验及承载力计算

提出了装配式剪力墙结构“强水平缝弱竖向缝”的设计方法,设计了三种不同类型的试件(矩形、T形、L形),在不同轴压比下(0.1、0.3)进行了低周往复荷载试验,研究了试件的承载能力和延性性能等。结果表明,装配式剪力墙结构力学性能良好,试件中的阻尼器达到了屈服并耗能,提高了结构整体抗震性能,并起到了很好的连接墙肢的作用。对试件截面应变分布规律进行了讨论,建立了简化的力学计算模型,推导了装配式剪力墙结构的极限抗弯承载力计算公式。

轻钢轻混凝土预制墙体抗剪性能研究

为适应装配式低层住宅结构的发展要求,研发了装配式轻钢轻混凝土结构,该结构主要由轻钢轻混凝土预制墙体提供受剪能力。通过3片轻钢轻混凝土预制墙体的拟静力试验,研究了单侧模板及拼合墙体对轻钢轻混凝土预制墙体抗剪承载力、刚度和耗能能力的影响,结果表明:有单侧模板的预制墙体与无单侧模板的预制墙体抗剪承载力差异不大,初始刚度及刚度退化趋势基本相同。拼合预制墙体的抗剪承载力基本等同于单侧预制墙体,初始刚度及刚度退化趋势也基本相同。基于轻钢轻混凝土预制墙体试件的破坏特征提出了装配式轻钢轻混凝土预制墙体的区格等效斜压杆模型,建立了轻钢轻混凝土预制墙体的抗剪承载力计算公式。

剪力墙竖向结构布置的优化分析

针对典型高层剪力墙住宅结构的墙体竖向布置进行合理探讨和分析,通过研究和计算分析实际工程案例,发现结构设计1/2楼高特别是2/3楼高以上的结构侧向刚度很大,相对于满足层间位移角的要求有较大的富余;在竖向结构布置上,除了可以通过逐渐减少剪力墙截面厚度和砼强度等级的方法,而且可以通过在一定的楼高范围以上减少剪力墙长度的方法达到符合层间位移角的要求,并具备更好的经济性。剪力墙长度可沿竖向高度分区逐步减短,当层刚度减少15%以下时,层间位移角曲线仍保持光滑;当层刚度减少25%时,层间位移角曲线产生突变。

内填砌体的密肋复合墙体极限承载力计算

结合课题组前期的研究成果,就一种新型结构的主要受力构件——密肋复合墙体的极限承载力进行研究。建立了偏心受压和偏心受拉复合墙体斜截面受剪承载力计算公式,并就影响墙体斜截面受剪承载力的因素进行了讨论;建立了墙体正截面压弯、拉弯承载力实用计算公式,并给出了墙体最终发生弯、剪破坏模式的判定。理论研究与试验分析表明:依据极限平衡理论,采用理论与经验相结合建立起来的复合墙体斜截面受剪承载力计算公式和以应变平截面假定为基础,理论推导所得的复合墙体正截面承载力计算公式,具有一定的理论依据和实用价值,满足实际工程计算需要。