Seismic behavior and mechanism analysis of innovative precast shear wall involving vertical joints

To study the seismic performance and load-transferring mechanism of an innovative precast shear wall(IPSW) involving vertical joints, an experimental investigation and theoretical analysis were successively conducted on two test walls. The test results confirm the feasibility of the novel joints as well as the favorable seismic performance of the walls, even though certain optimization measures should be taken to improve the ductility. The load-transferring mechanism subsequently is theoretically investigated based on the experimental study. The theoretical results show the load-transferring route of the novel joints is concise and definite. During the elastic stage, the vertical shear stress in the connecting steel frame(CSF) distributes uniformly; and each high-strength bolt(HSB)primarily delivers vertical shear force. However, the stress in the CSF redistributes when the walls develop into the elastic-plastic stage. At the ultimate state, the vertical shear stress and horizontal normal stress in the CSF distribute linearly; and the HSBs at both ends of the CSF transfer the maximum shear forces.

套筒灌浆连接预制混凝土框架柱接头斜截面抗剪性能试验研究

套筒灌浆连接是预制混凝土框架结构中应用较广泛的连接方式。开展了6个套筒灌浆连接预制混凝土柱接头的抗剪试验,主要研究了轴压比(0,0.2,0.4,0.6)、混凝土强度等级(C30,C40,C50)对柱接头斜截面抗剪性能影响。研究表明:所有试件接头均发生斜截面剪切破坏,且斜截面破坏发生时接缝界面保持完好;柱接头抗剪承载力随着混凝土强度、轴压比的提高而增大;在轴压比0.4下,与C40试件相比,C30试件的抗剪承载力降低14%,C50试件的抗剪承载力提高13%;混凝土强度等级为C40时,轴压比为0,0.2试件的抗剪承载力分别比轴压比为0.4试件降低17%,8%,轴压比为0.6试件的抗剪承载力比轴压比为0.4试件提高7%;预制柱接头的初始刚度随轴压比的增大而增大。最后,基于试验结果,对中国GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)、欧洲规范《Eurocode 2:Design of Concrete Structures》中混凝土柱接头斜截面抗剪承载力计算公式进行了评价。

预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能

为研究节段预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能,利用ABAQUS有限元软件建立预制拼装管廊节段与土体纵向三维模型,对管廊正向扭转与反向扭转进行模拟,分析管廊扭转承插式接头应力分布规律,得到管廊承插式接头扭矩随横向差异沉降变化规律及管廊横向极限差异沉降量。研究结果表明:管廊节段正向扭转与反向扭转沉降量相同时,承插式接头应力、最大主应力与切应力分布规律基本相同。管廊扭转接头插口端侧壁应力较大,接头顶底板中间与腋角处应力较小,接头最大主应力集中在承口端侧壁距顶板外侧1 m处与插口端顶底板,接头切应力在顶底板中间与侧壁中间最小,向两侧逐渐增大至腋角处切应力最大。管廊承插式接头横向极限差异沉降为1.2 mm,管廊插口端极限扭矩与采用箱型截面计算的结果相差不大,工程实际中可采用箱型截面对管廊插口端抗扭设计。研究结果为预制拼装管廊安全运营提供科学依据。

基于转动摩擦铰阻尼器的干式装配梁-柱节点抗震性能试验

基于转动摩擦铰阻尼器(RFHD),提出了转动摩擦耗能干式装配梁-柱节点(DRFDBJ)。为了验证DRFDBJ结构对于实现预期力学性能的可行性和合理性,以施加在摩擦片表面的螺栓预紧力(P_(c))为变量,开展了2个工况下的DRFDBJ试件低周往复拟静力试验研究。结果表明:DRFDBJ结构的力学性能主要由RFHD提供并控制,试验中节点呈现了稳定的承载力和理想的变形、耗能能力,并实现了预期的损伤集中;2个不同P_(c)水准下节点承载力的试验值与理论值误差不超过5%,通过调整P_(c)可实现节点承载力的调控,为DRFDBJ结构承载力的可调控提供了支撑。

装配式混凝土墙板新型键槽接缝受剪性能研究

为研究适用于低多层装配式混凝土(PC)墙板的新型键槽接缝界面的受剪性能,设计并制作2组共8个键槽式接缝连接的PC墙板试件,开展单向推剪加载试验和扩展参数数值分析,分别探讨轴压比、结合面砂浆强度及键槽构造形式等因素对键槽界面受剪性能的影响;提出新型键槽接缝界面的受剪承载力计算公式,并构建键槽接缝界面的剪力-滑移模型。研究结果表明:轴压比对接缝破坏形态和受剪承载力均具有显著影响,增大轴压比后,裂缝发展更为充分,局部混凝土出现剥落甚至压溃,接缝的受剪承载力与轴压比近似呈线性关系。提高结合面砂浆强度可较大幅度地提升接缝的受剪承载力,对比普通填充砂浆,采用高强砂浆连接试件的受剪承载力提高了57.2%。合理的键槽界面构造可有效提高接缝的受剪承载力,相较于传统的平直缝界面,深度为50 mm、倾斜倒角为11.3°的键槽界面的受剪承载力提升了16.5%。本文所提公式受剪承载力计算结果与试验结果吻合较好,所提模型能准确预测键槽界面的受剪行为。

考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型,以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象,考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明:渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响,但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀,且模型分析与实测结果相符,表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。

带竖向接缝装配式剪力墙易损性研究

竖向接缝是装配式剪力墙结构中的关键部位,对57个足尺带竖向接缝的装配式剪力墙试验数据进行了易损性分析。依据该类剪力墙构件试验过程的破坏模式提出了5个损伤状态;以位移角为工程指标参数,建立了该类剪力墙的易损性曲线和各损伤状态下的易损性参数;并量化评价了设计轴压比和剪跨比2个关键设计参数对其易损性的影响;对比分析了直接拼接和后浇带拼接两种竖向接缝形式对该类试件易损性参数的影响。结果表明:除竖向接缝混凝土出现掉渣,受压区保护层轻微脱落外,其余损伤状态下的易损性曲线基本满足对数正态分布;直接拼接装配式剪力墙和后浇带拼接装配式剪力墙之间的易损性参数在竖向接缝混凝土结合面开裂,边缘纵筋屈服损伤阶段存在差异,该阶段对应的位移角拟合中值绝对差值和相对差值分别达到0.11%和28.2%。

装配式水泥路面夹环连接式传力杆接缝设计及验证

面向可拆卸装配式水泥路面,提出了一种夹环连接式传力杆接缝,在阐述其特征和基本参数的基础上,选取挠度传荷系数和弯沉差作为指标,使用有限元方法分析了下开口槽、传力杆、夹环构件等参数对夹环连接式传力杆接缝传荷能力的影响,同时分析了夹环连接式传力杆接缝的构件及界面应力的变化规律,得到了合理的接缝参数;此外,通过室内足尺试验评价了夹环连接式传力杆接缝的传荷性能。结果表明,提出的夹环连接式传力杆接缝的传荷能力满足要求,具有一定的工程应用价值。

装配式混凝土预制叠合板节点施工技术研究

随着科技的进步,土建施工技术也在不断地创新,在保证环保节能的同时还要确保施工方便快捷、成本低,装配式混凝土预制构件叠合板施工工艺随之出现并被广泛推广。介绍了装配式混凝土预制构件叠合板节点施工质量控制。通过对预制构件叠合板节点施工的阐述,总结了叠合板节点施工注意细节、质量控制技术方法。

SMA绞线预制梁-柱自复位耗能节点数值研究与参数优化

为了提高预制混凝土框架的抗震能力并控制震后残余变形,提出了一种新型的混合自复位预制混凝土梁柱节点(self-centring precast concrete beam-column connection,SC-PCBCC),其中采用了旋转摩擦阻尼器(rotational friction hinge damper,RFHD)和形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)并联的结构。重点探讨了使用SMA绞线控制的自复位装置对SC-PCBCC进行改进。首先,介绍了SC-PCBCC的结构和工作原理;其次验证对比了1.0%、1.5%、2%和2.0%预应变下的超弹性1×7 SMA绞线、RFHD和SC-PCBCC的有限元模型,并进行了初步验证。研究结果表明,该节点具有较高的刚度、承载力、耗能能力以及较好的复位性能;最后对SC-PCBCC中SMA绞线的关键参数:SMA绞线预应变、直径和长度进行了参数分析,以优化其抗震性能。建议SC-PCBCC使用的SMA绞线初始预应变、直径和长度范围分别为1.5%~2.0%、15~18 mm和175~205 mm,以实现SC-PCBCC的优异承载性能、能量耗散和自复位性能。此外,节点中的SMA绞线和RFHD可在震后快速更换,实现高效灾后修复。总体而言,所提出的SC-PCBCC表现出了卓越的减震能力、自复位能力和可修复性。

带波形钢板的UHPC免模板湿接缝抗弯模型试验研究

针对预制装配式桥梁中桥面板湿接缝处的受力特点和现有接缝构造形式,提出一种以预埋波形钢板为底模的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)免模板湿接缝构造形式,解决接缝现场支模问题。为研究新型接缝的力学性能,设计了5片试验梁,以钢纤维含量为试验参数,开展四点弯曲全过程抗弯性能试验。结果表明:各试验梁主裂缝均位于预制段,发生弯曲破坏,接缝段未产生较大破坏;提高钢纤维含量可以增强UHPC-NC(Normal Concrete)界面黏结,提升接缝的抗裂性能,但对结构的抗弯承载力影响较小;钢纤维含量为1.0%的免模板接缝梁抗裂性能仅次于UHPC整体梁,同时具有结构简单、施工简化、造价经济等优点,说明该接缝构造形式运用于实际工程中是可行和可靠的;UHPC钢纤维含量建议取1.0%。

双阶受力干式装配梁-柱节点抗震性能试验研究

研究提出了一种双阶受力干式装配梁-柱节点(DADBJ)。该节点的关键组件是摩擦铰(RFH)和预设缝防屈曲钢板(SBRSP),具备2个受力工作阶段和损伤集中易修复的特性。为了验证DADBJ构造的合理性,揭示其双阶段受力工作机理,设计加工了DADBJ试件,以SBRSP的预设缝隙宽度作为试验变量,进行了2个工况的低周往复拟静力试验。结果表明:提出的DADBJ构造实现了预期的双阶段受力特性,第一阶段由RFH提供节点的力学性能,第二阶段由RFH和SBRSP共同提供节点的力学性能;DADBJ的损伤集中于芯板,通过更换SBRSP芯板对节点快速修复,节点的性能可恢复到初始状态;SBRSP的预设缝隙宽度可直接决定DADBJ第二阶段的启动位移;提出的DADBJ双阶屈服荷载理论公式和二阶启动位移理论公式精确度好。该研究可为装配式框架结构和多阶受力型结构的设计和研究提供参考。

装配式混凝土剪力墙竖缝连接技术研究进展

概括了装配式混凝土剪力墙的几种竖缝连接方式,着重从连接机理、适用范围、主要特点等方面进行了介绍;归纳了国内外装配式混凝土剪力墙竖缝连接试验研究概况,分别从剪切性能试验研究和抗震性能试验研究两个方面进行探讨;介绍了一种新型榫卯连接装配整体式剪力墙结构;最后,针对装配式混凝土剪力墙竖缝连接技术提出几点建议。

城市地下综合管廊预制管接缝纤维增强混凝土性能试验研究

为提升城市地下综合管廊预制管接缝混凝土的力学性能,文中从纤维掺量和纤维长度入手,研究了预制管接缝纤维对混凝土裂缝面积、抗折强度、抗压强度及抗渗性能的影响。结果表明,纤维掺量从0、6%、10%增加至14%,掺加6 mm纤维的混凝土裂缝面积降幅分别为31.8%、46.3%、62.7%,7 d抗折性能增幅分别为29.6%、14.3%、11.1%;掺加10 mm纤维的混凝土裂缝面积降幅分别为36.3%、52.7%、59.9%,7 d抗折性能增幅分别为25.9%、18.5%、14.8%,确定最佳纤维掺量为10%。当纤维长度从0增加至6 mm时,再增至10 mm时,混凝土的最大渗透高度降幅分别为50.1%、65.3%。

预制装配式盖梁施工轻型化工艺对比及工程应用研究

为解决超重、大体积盖梁施工过程中场地条件、运输和吊装条件受限的问题,逐渐形成了以整体预制盖梁、节段干接盖梁、节段湿接盖梁以及干湿接组合式盖梁为体系的城市高架桥梁盖梁轻型化结构体系。简要介绍了国内外相关预制盖梁施工的研究成果,总结了干湿接盖梁设计施工工艺。通过在S3公路新建工程项目上盖梁轻型化的实践应用,从适用盖梁长度、预制速度及便捷性、运输难度、吊装难度及施工周期等多方面分析了各自的优缺点,不同类型预制盖梁施工工艺的成功应用,拓展和丰富了市政桥梁工程的预制装配体系。

型钢混合连接装配式混凝土剪力墙结构受力机理研究

结合钢筋混凝土结构和钢结构的优势,设计一种型钢-螺栓-后浇混凝土装配式剪力墙型钢混合连接。基于ABAQUS有限元软件建立混合连接的剪力墙模型,探究低周往复荷载作用下该混合连接预制剪力墙的受力性能,主要分析模型的破坏形态、受力机制、变形曲线、特征承载力等,并扩展分析了材料强度、轴压比、连接件数量、型钢截面高度等参数对模型受力性能影响。结果表明:装配式剪力墙破坏形态为压弯破坏,破坏时钢连接件仍保持完整,符合“强连接,弱墙肢”的基本设计理念;装配式剪力墙具有较好的承载力、延性和刚度;轴压比对结构承载力影响显著,型钢混合连接间距的增大能有效提升剪力墙延性。建立了型钢混合连接抗剪需求承载力计算模型和公式,并与国内外规范计算值对比分析,公式计算值和BS EN 1992欧洲规范计算值分别与模拟值的误差在15%和20%以内,均可用于型钢混合连接剪力墙竖缝受剪承载力设计参考。

装配式混凝土剪力墙结构竖向接缝干式连接技术研究进展

干式连接是装配式混凝土剪力墙结构竖向接缝主要连接技术,具有工业化程度高、施工速度快等技术优势。在介绍干式连接技术的基础上,对比分析了焊接连接、预应力连接、螺栓连接的构造特征、受力性能及其技术优势与不足,指出螺栓连接可操性最好,面内螺栓连接技术是螺栓连接技术的重要发展方向。

预制混凝土节段胶拼构件接缝粘接机理及耐久性研究

为了提高混凝土胶接的可靠性和安全性,分析了胶接缝耐久性能与粘接性能影响因素。重点设计了预制混凝土节段胶接缝耐久性试验,制备拼接胶拉伸试件和节段预制胶拼构件,在不同试验环境下进行拉伸破坏。并分析了胶拼构件接缝界面粘接机理,为提高拼接胶与混凝土界面的粘接强度提供参考。试验结果表明,人工加速湿热老化环境下拼接胶拉伸试件的强度比40℃高温环境下降了7.3%;人工加速湿热老化环境下胶拼构件破坏类型为混合破坏,自然环境下均为混凝土内聚破坏,自然环境处理下胶接缝的耐久性更好,抗拉强度高12.2%左右。

冻融循环作用下节段预制全胶接拼装梁剪力键抗剪承载力研究

为分析冻融循环对节段预制全胶接拼装混凝土梁剪力键抗剪承载力的削弱效应,建立剪力键抗剪承载力计算模型,并进行单调加载和反复加载模型试验验证,采用冻融材料应力~应变关系曲线,对冻融循环次数、冻融后反复加载、正应力水平、键齿数量、键齿尺寸进行抗剪承载力参数影响分析。结果表明:单调加载、冻融后反复加载的剪力键抗剪承载力与冻融循环次数均呈二次抛物线关系;冻融循环次数对剪力键抗剪承载力有较大削弱;冻融循环后再反复加载,剪力键抗剪承载力进一步明显降低。单调加载下,剪力键抗剪承载力和正应力呈线性正相关;剪力键抗剪承载力与键齿数量呈三次抛物线关系,键齿数量超过4个,抗剪承载力随键齿数量增多增长缓慢;剪力键抗剪承载力与键齿尺寸比呈线性正相关。

不出筋密拼接预制剪力墙受弯性能试验研究

对6个不出筋密拼接预制剪力墙足尺试件进行拟静力试验,分析了轴压比和边缘构件纵筋配筋率对不出筋密拼接预制剪力墙受弯承载力的影响。结果表明:不出筋密拼接预制剪力墙试件破坏损伤区域主要集中在竖向插筋孔和纵向凹槽壁处;试验轴压比为0.20~0.30时,墙体受弯承载力和刚度随轴压比增大而提高,轴压比较大时,提高幅度明显减小;边缘构件纵筋配筋率在1.16%~2.36%时,随着配筋率增大,墙体承载力和初始刚度提高,刚度退化速度加快,延性降低。可通过JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中现浇钢筋混凝土剪力墙受弯承载力公式进行受弯承载力计算,计算结果偏安全。