装配式混凝土剪力墙结构接缝连接研究进展

装配式剪力墙结构拼装时存在大量的水平接缝和竖向接缝,由于剪力墙的刚度较大,接缝连接处易存在刚度不足引起的损伤集聚问题,成为影响结构整体性和抗震性能的决定性因素。总结了国内外正在发展的预制装配式剪力墙结构水平和竖向接缝的连接形式,并对各类连接形式的构造特点、抗震性能、应用优势和技术瓶颈进行了系统阐述和分析,在此基础上探讨了装配式剪力墙结构接缝连接技术的发展方向。结果表明:目前湿式连接技术已较为成熟且被广泛应用,但仍存在现场湿作业量大、质量不易检测和控制等问题;干式连接技术工业化程度高,但对施工精度的要求也高,可能产生的螺栓松动、锈蚀以及磨损问题限制了其工程应用;将消能减震技术融入竖向接缝连接,利用超高性能混凝土实现水平接缝连接,并结合可恢复功能防震技术,是未来装配式剪力墙结构高质量发展的新增长点。

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。

自攻钉集块连接混凝土复合剪力墙抗震性能试验

提出了适用于装配式混凝土复合剪力墙结构的自攻钉集块连接构造,为研究自攻钉集块连接混凝土复合剪力墙的抗震性能,设计制作了3个剪跨比为1.39的足尺剪力墙试件,进行了低周反复荷载试验,主要变量包括自攻钉集块连接构造、自攻钉集块与后浇条带组合连接构造以及L形边框构造柱。分析了试件破坏模式、承载力、滞回特性、刚度及退化、变形能力、耗能性能和应变特征等。结果表明:自攻钉集块连接构造装配便捷,受力性能可靠;采用自攻钉集块与后浇条带组合连接构造试件的承载力及刚度相比自攻钉集块连接构造分别提高了8.54%和6.03%;设置L形边框构造柱的试件承载力、刚度及耗能分别提高了67.48%、129.33%和277.93%。自攻钉集块连接复合剪力墙具有良好的抗震性能,满足装配式低层住宅混凝土复合剪力墙结构的抗震设计要求,可用于实际工程。

自攻钉集块连接T形边框混凝土肋格复合墙板抗震性能试验

研发了混凝土框架(桁架)肋格填充发泡混凝土墙板,提出了T形边框与混凝土肋格复合墙板边肋的自攻钉集块连接构造。设计并制作了2个足尺自攻钉集块连接T形边框混凝土肋格复合墙板试件,包括1个十字形框架肋格墙板试件和1个人字形支撑桁架肋格墙板试件。进行了低周反复荷载试验,研究了各试件的破坏状态和滞回特性,分析了不同肋格构造对承载力、刚度、变形能力及耗能性能的影响。结果表明:十字形框架肋格墙板试件主要发生了发泡混凝土填充墙板及硬化砂浆面层的剪切开裂,人字形支撑桁架肋格墙板的破坏特征为混凝土桁架支撑的损伤失效;人字形支撑桁架肋格墙板试件的承载力和初始刚度相比十字形框架肋格墙板试件分别提高了74.3%和69.0%;十字形框架肋格墙板试件则具有较高的变形能力和耗能性能;自攻钉集块连接构造连接性能可靠,保证了T形边框与混凝土肋格复合墙板的协同变形。可为工程设计与施工提供参考。

窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系的抗震性能

针对钢结构住宅凸梁、凸柱和抗侧刚度不足的问题,提出一种新型窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系;通过与传统H形钢柱-平钢板剪力墙体系进行对比,确定内嵌波纹钢板布置方式,采用ABAQUS软件建立所提出体系的有限元模型,对所提出体系的抗震性能进行分析,探讨外部框架截面形式与布置方式、波纹钢板厚度与剪跨比等对所提出体系的抗侧承载力、耗能能力和塑性变形能力的影响。结果表明:所提出的体系具有较大的抗侧承载力和较强的耗能能力、塑性变形能力,极限抗侧承载力为设计值的1.73倍,具备一定的安全储备;横向布置的波纹钢板能有效减小其作用于框架梁柱的荷载;采用十字形异形柱使所提出的体系有更强的塑性变形能力;所提出体系中的异形柱偏肢宜沿剪力墙面内方向布置,内嵌波纹钢板厚度宜取为3~5 mm,剪跨比宜控制在1.25左右。

带有拼缝阻尼器的自复位预制双肢剪力墙的耗能能力研究

为提升自复位预制双肢剪力墙的耗能能力,针对预制双肢剪力墙提出了一种拼缝阻尼器,该阻尼器可适应接缝附近的大变形,帮助结构同时实现自复位和耗能的性能。通过拟静力试验,获得了该阻尼器的滞回曲线,验证了所提阻尼器具备良好的耗能性能;使用Opensees把阻尼器放入预制双肢剪力墙中进行数值分析,发现所提阻尼器在不降低结构原本自复位性能的同时,大大提升了结构的耗能能力。同时,耗能主要由拼缝阻尼器承担,结构自身的耗能和损伤较小,有利于实现结构在震后的快速修复。

轴压荷载下装配式SCCT剪力墙钢板屈曲行为研究

为探究装配式SCCT剪力墙钢板屈曲机制及钢板屈曲对墙体轴压承载性能的影响,建立了考虑钢材初始缺陷的装配式SCCT剪力墙非线性数值分析模型,对模型受力机理及钢板临界屈曲应力进行了分析,并根据参数分析结果提出了钢板临界屈曲应力计算方法。结果表明:墙体承载力主要由管内混凝土承担,各部件间协同工作,应力及变形传递性能良好;当管外混凝土厚度大于20 mm、钢材初始缺陷低于1/1000时,二者对钢板临界屈曲应力影响可忽略不计;对于Q235和Q355常用钢,要求钢板不发生弹性屈曲的距厚比限值分别为44.9、36.6。

新型横向连接装配整体式榫卯剪力墙结构抗震性能模拟分析

为加强装配整体式剪力墙的竖向接缝性能和墙体的整体性,在传统榫卯接缝的基础上,研究提出一种采用新型横向连接的装配式榫卯剪力墙,设置横向凹槽处的封闭环形钢筋闭合连接,并与纵向孔洞处的竖向钢筋绑扎形成钢筋骨架,以提高剪力墙的整体稳定性。设置1组现浇剪力墙、1组传统装配式榫卯连接装配式剪力墙、1组采用新型横向连接的装配式榫卯剪力墙,使用ABAQUS有限元软件模拟在低周往复荷载作用下不同墙体的受力情况及破坏过程,并且对比分析不同竖向接缝对剪力墙工作性能和抗震能力的影响。研究结果表明,采用新型榫卯横向连接的装配式榫卯剪力墙的刚度和承载能力与现浇剪力墙基本一致,能够满足“等同现浇”的要求。

集中配筋连接预制剪力墙抗震性能试验研究

针对现有预制混凝土剪力墙接缝施工容错率低、混凝土现场浇筑作业量大和钢筋锚固过长等不足,提出一种使用超高性能混凝土(UHPC)的集中配筋连接预制剪力墙。通过对比1片现浇剪力墙试件、3片不同接缝形式的集中配筋连接预制剪力墙试件的拟静力试验结果,揭示该类预制剪力墙的破坏规律和抗震性能、竖缝对墙体抗震性能的影响和连接钢筋的受力特点。采用ABAQUS软件对试件进行有限元模拟,分析轴压比和集中配筋率对试件抗震性能的影响。研究结果表明:预制试件与现浇试件具有相同的破坏规律,均为弯剪破坏;这2类试件的滞回曲线均较饱满,骨架曲线走势基本一致,耗能能力接近,且预制试件的最小承载力仅比现浇试件低5.6%,表明预制试件的抗震性能与现浇试件的抗震性能基本相同;竖缝对剪力墙承载力的影响较小,使剪力墙的延性和耗能能力有一定的削弱;不同竖缝形式预制墙的抗震性能相近但各有特点,竖缝形式预制墙采用UHPC出筋搭接具有更好的整体性,采用U形键槽的预制墙具有更大的刚度和更强的耗能能力;连接钢筋的应力分布具有典型受弯构件的特征;随着轴压比增加,模型的刚度和承载力不断增加,在轴压比从0.05增加到0.30时,最大的峰值荷载增幅发生在轴压比从0.05到0.10时,从承载力的提高、刚度、耗能和墙角抬高等方面考虑,试件的集中配筋率保持在90%~110%为宜。

超高性能混凝土预制板-叠合剪力墙抗震性能研究

通过对1片现浇混凝土剪力墙和4片超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)预制板-叠合剪力墙抗震性能试验,研究了其滞回性能、抗弯承载力、延性、刚度和耗能能力等指标,分析了高宽比、聚乙烯泡沫(expanded polystyrene, EPS)芯模置换和竖向钢筋连接方式对其抗震性能的影响。结果表明:与现浇混凝土剪力墙相比,UHPC预制板-叠合墙具有优异的抗震性能,最大受弯承载力增大;UHPC预制板和钢筋桁架可较好地与空腔内现浇混凝土协同工作;UHPC叠合墙的滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线与现浇混凝土剪力墙趋势基本一致;在本试验剪力墙的高宽比范围内,高宽比越小,UHPC预制板-叠合墙的受弯承载力和刚度越大,耗能越差;EPS芯模置换可提高叠合剪力墙屈服后的耗能能力,降低了UHPC叠合墙的延性;仅采用暗柱竖向钢筋与底座进行连接,对UHPC叠合墙的受弯承载力和耗能影响较小,但却可以很大程度方便施工。

装配式复合模壳剪力墙体系结构性能分析

装配式复合模壳剪力墙体系是近年来快速发展的一项新技术,可在剪力墙、梁、柱等构件中应用。以实际项目为例,采用三种不同的建模方法,研究模壳剪力墙体系与现浇剪力墙在结构刚度、基底剪力、构件内力等方面的差异,并对模壳剪力墙体系进行大震弹塑性损伤分析。研究结果表明,模壳剪力墙体系的结构性能稍优于现浇剪力墙体系,安全冗余度较好。同时,通过对钢筋混凝土材料自重及周期折减系数等参数的调整,提出合理、可行的模壳剪力墙体系设计方法,为类似项目提供参考。

装配式空心剪力墙结构施工关键技术研究与应用

装配式空心板剪力墙结构作为一种新型装配式结构体系,具有板型尺寸小、重量轻、抗震性能优越、工程造价低的优点,但也存在安装易受扰动、模板加固较难等问题。通过介绍装配式空心剪力墙体系施工特点,依托顺义仁和镇临河村棚户区改造土地开发项目,针对预制空心剪力墙的施工过程研究其关键施工技术,并根据目前施工中常见问题提供了有效的施工质量控制措施与解决方案。

干法连接装配式混凝土联肢墙抗震性能试验研究

为提高施工效率,充分发挥装配式结构的拼装优势,提出了一种用于装配式混凝土联肢墙的干式连接方法,在联肢墙的连梁跨中断缝,采用高强度螺栓和预埋连接钢板实现快速干法连接。为研究干法连接装配式联肢墙的抗震性能,对1片整浇联肢墙和1片采用干法连接的装配式联肢墙试件进行了低周往复加载试验。研究结果表明:干法连接节点可以有效传递预制联肢墙之间的相互作用力,实现“强墙肢和弱连梁”的性能目标;干法连接装配式联肢墙的滞回特性与现浇联肢墙相似,二者初始弹性刚度接近,加载后期因节点变形造成墙体刚度和承载力下降,但其变形能力和耗能能力更强。基于试验结果,提出的干法连接装配式混凝土联肢墙的承载力计算方法,反映了干连接节点的传力特点,可用于该连接形式的分析和设计。

装配式剪力墙结构的低碳设计

确立物化阶段碳排放计算模型,完成基于定额的综合碳排放因子库的建立.以装配式剪力墙结构物化阶段碳排放量最低为目标函数,梁的截面尺寸、墙的厚度、墙的长度、墙混凝土强度为变量,考虑构件强度、建筑条件、位移约束,利用优化软件Lingo建立优化模型并求解构件最优尺寸及混凝土强度.以实际案例验证了该优化方法的可行性,为进一步推动装配式建筑在设计阶段的发展提供了参考.

带混合连接的装配式混凝土剪力墙抗震性能研究

基于完成的带水平连接的装配式混凝土剪力墙(precast concrete shear walls with horizontal connection,PCSW-HC)试验研究,提出了一种带混合连接的装配式混凝土剪力墙(precast concrete shear walls with hybrid connection,PCSW-HVC),其中,水平连接采用高强螺栓的“强”连接方式,竖向连接采用钢剪切键(steel shear key,SSK)的“弱”连接方式。首先,结合已完成的试验,建立带水平连接的装配式混凝土剪力墙的数值模型,通过对比试验与数值分析结果,验证了材料本构关系的选取、各部件相互作用关系设置的正确性。进一步,采用同样的建模方法,建立带混合连接的装配式混凝土剪力墙的数值模型。分析了不同竖缝型式和增设钢剪切键对带混合连接的装配式混凝土剪力墙抗震性能的影响,揭示了其损伤失效模式。结果表明:单片剪力墙模块分割成较小尺寸模块拼装后,抗侧刚度有一定程度的减小,但刚度退化更缓慢,剪力墙墙板损伤更小,具有更好的变形能力;在剪力墙模块之间的竖缝中增设钢剪切键后,提高抗侧刚度的同时还可以改善其刚度退化行为,与不带钢剪切键模型相比,单片剪力墙(Single模型)和竖向滑动双片剪力墙(Sliding模型)峰值割线刚度分别提高了14.9%和11.4%;带混合连接的装配式混凝土剪力墙的损伤失效模式为“钢剪切键塑性屈服-墙板模块底部损伤-墙板模块破坏”,实现了钢剪切键塑性屈服耗能与墙板塑性损伤转移的“双功能”控制。

装配式部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合短肢剪力墙的受弯承载力和抗震性能,设计制作了5片短肢剪力墙。通过拟静力试验,分析轴压比、翼缘板厚度、混凝土强度和型钢强度对试件破坏形态、滞回性能、受弯承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力的影响。试验结果表明:短肢剪力墙表现为典型的压弯破坏;轴压比由0.4增大至0.6,试件的承载力及延性均降低;翼缘板厚度的变化对试件的承载力和延性影响较小;随着混凝土和型钢强度的增大,试件的承载力随之增大;罕见地震作用下,试件表现出良好的抗震性能,提出部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合度较高。

预制方案对装配式剪力墙工程造价的影响分析

文中对装配式剪力墙与传统剪力墙经济性进行对比分析,并开展预制率对装配式剪力墙结构经济效益的影响研究。结果表明,装配式建筑的人工费及设备费总造价均比传统现浇结构总造价低,其分部工程费和材料费用远远高于传统现浇结构体系的总造价,增幅分别达到39%、51%。装配式建筑分部工程中的钢筋混凝土及预制混凝土均比传统现浇结构总造价高,其现浇构件及砌筑工程费用均低于传统现浇结构体系的总造价。每提升1%的预制率,分部工程费用及材料费分别增加260万元、335万元;每提升1%的预制率,人工费用及设备费分别降低21万元、2.9万元。

薄壁墙式墩结构装配式方案及其抗震性能分析

针对既有柱式墩预制拼装技术难以应用于截面横纵比大的薄壁墙式墩的问题,提出了一种节段水平并联的新型装配式桥墩结构方案,预制节段采用双向无黏结预应力筋、灌浆套筒及混凝土剪力榫混合连接.依托某国际机场飞机荷载宽幅桥梁工程实例,基于ABAQUS平台分别建立了新型装配式桥墩和现浇桥墩的精细化有限元模型,通过拟静力分析对比研究了2种桥墩抗震性能的差异,并讨论了预应力筋配筋率以及剪力榫埋深对新型装配式桥墩抗震性能的影响规律.结果表明:新型装配式桥墩与现浇桥墩在纵向水平荷载作用下呈现墩底塑性铰充分发展的弯曲破坏形态,而在横向水平荷载作用下则呈现弯剪破坏形态;相较于现浇桥墩,装配式桥墩纵桥向与横桥向水平承载力分别提高68.5%和43.0%,但残余位移分别降低49.2%和67.8%;增大竖向预应力筋配筋率可显著提升装配式桥墩的水平承载力,而增加水平向预应力筋配筋率和剪力榫埋深则对限制节段接缝处的相对变形作用明显.

新型装配式自复位RC剪力墙设计与性能研究

为满足结构施工效率高、震后功能可恢复的多重目标,提出了一种新型装配式自复位RC剪力墙。该新型剪力墙主要包含RC墙板、碟簧复位装置和摩擦耗能装置,三者仅通过高强螺栓组装而成,施工方便且效率高;在地震作用下,主要由碟簧复位装置和摩擦耗能装置提供抵抗弯矩和恢复力,能减小整体剪力墙构件的震后残余变形和损伤,有效提高其震后功能可恢复性。该文分析了新型装配式自复位RC剪力墙的截面受力形式,提出了其截面承载力计算公式;设计了一新型装配式自复位RC剪力墙构件进行数值模拟,获得了其滞回性能,对比分析了其与普通剪力墙的承载力、耗能能力、自复位性能。结果表明:在相同位移角下,新型装配式自复位RC剪力墙的承载力小于普通剪力墙,但其极限承载力与普通剪力墙的峰值承载力相当,且其在超大震(2.0%位移角)下的残余位移角仅为0.31%,具有优异的自复位能力,能使结构在震后具有低损伤、功能可恢复的特点。增大碟簧复位装置的预压力,可有效提高新型剪力墙构件的承载力和累积耗能,但残余变形也相应增大。

装配式建筑剪力墙施工关键技术研究

近年来,随着社会发展速度的加快,人们生活质量有很大改善,环保意识也在逐年增强,绿色建筑开始出现在人们的视野当中。其中,作为绿色建筑的一部分,装配式建筑在进行施工前,需要施工单位事先准备好预制构件,并将准备好的构件运送至指定地点,在施工现场进行装配,不仅能够降低成本,还可以控制施工材料的损耗量,从而提高工程施工效率与质量。基于此,该文主要探索装配式建筑剪力墙施工关键技术,以供参考。