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装配式剪力墙小齿高比齿槽式连接抗剪土木工程机理研究

论文编号:lw201708071738436718 所属栏目:土木工程论文 发布日期:2018年01月30日 论文作者:无忧论文网
第一章 绪论 

1.1  课题研究背景 
我国建筑业发展迅速,每年新建住宅面积超过 10 亿平方米,由于人居建设用地的限制,高层住宅占很大比例,其中传统的高层混凝土住宅建筑多采用现场施工方式,施工工序繁杂、资源损耗多、建筑垃圾排放量大、现场工人需求多[1]。以上问题,均不满足我国节能环保可持续发展的要求。与现浇结构相比,装配式结构可有效提高施工效率、减少建筑垃圾排放和对环境的不良影响,同时提高建筑产品质量,符合建设资源节约型,环境友好型社会的要求[2-3]。 上世纪 90 年代,为实现住宅建设低碳、节能、绿色、环保的目标,推进住宅产业现代化,建设部成立住宅产业化促进中心。2006 年建设部颁布《国家住宅产业化基地实施大纲》,积极推进住宅建设从粗放型向集约型转变,住宅产业化工作由关注住宅部品的研发和生产,发展到对工业化住宅结构体系的研究; 2013 年国务院颁布《绿色建筑行动方案》[4-6],方案中中明确提出推广适合工业化生产的预制装配式建筑体系,加快发展建筑工程预制和装配技术,提高建筑装配化技术集成水平。目前,装配式结构体系已发展成装配式框架、装配式剪力墙及装配式框架-剪力墙等多种结构体系,但均存在现浇比例偏高、钢筋连接困难且成本高的问题[7-8]。 
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1.2  预制装配式结构发展历程  
预制装配式结构在日本、美国和欧洲等发达国家发展较早。 日本于 1955 年起开始提出并研究预制装配式住宅技术,1956 年建成第一栋低层的预制大板式住宅。1970 年,预制混凝土高层结构工法已经被日本建筑行业应用到高层住宅中。目前日本已经有了一套成熟的设计、施工、组织、管理的体系,并已形成包括预制钢筋混凝土剪力墙(W-PC)、预制钢筋混凝土框架剪力墙(WR-PC)、预制钢筋混凝土框架(R-PC)等多种预制装配式结构体系[9]。美国装配式结构目前主要有两个发展方向,分别为低层装配式别墅建筑和后张无粘结预应力结构,且低层装配式建筑中的构件商品化、标准化、系列化程度几乎达到 100%。这些构件具有结构性能好、广泛通用、易于机械化生产的特点。美国于上世纪 90 年代提出的一种新型装配式结构—后张无粘结预应力结构,其中预制墙体的竖向分布钢筋不进行连接,预制墙体通过后张无粘结预应力筋连接形成整体结构。该体系具有良好的自恢复能力及优越的抗震性能,在大震情况下结构极限位移角很大,残余变形较小,且预制构件震后主要破坏部位多集中在连接部位,易于震后修复[12-13]。 法国在 20 世纪中期开发出“结构—施工”体系;到了 70 年代后推广样板住宅政策,法国装配式结构体系以预制钢筋混凝土体系为主,预制钢、木结构体系为辅。结构形式采用框架或者板柱体系,应用焊接、螺栓等干法作业连接方式,结构构件安装与设备、装修工程安装分开,房屋质量得到提高[14]。 新加坡于上世纪 60 年代由政府制定关于建造组屋的相关法律,在政府的大力支持下从上世纪 70 年代开始装配式建筑在新加坡得到了很好的发展,目前,新加坡国内,住进装配式住宅中的居民占国民总数的 87%[15]。 
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第二章  装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪性能试验 

2.1  试验目的
通过装配式剪力墙齿槽式连接节点试件(以下简称节点试件)单向推覆试验,分析墙体抗剪承载能力、破坏过程、裂缝发展情况等特征,研究轴压比、暗柱设置、齿键几何特征等因素对装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪性能的影响。 
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2.2  试件设计 
本试验设计 3 组共 8 片缩尺比例为 1:2 的节点试件,试验过程中考虑的变量为齿槽几何特征、暗柱设置情况及轴压力。八个试件齿槽区域比例、暗柱设置及轴压力设计情况如表 2-1 所示。节点试件设计混凝土强度采用 C30,墙体竖向和水平分布钢筋采用 6,墙体暗柱内纵向 8 4的冷拔低碳钢丝。如图 2-1 所示,为 3 组节点试件的设计图和配筋图,节点试件由试验墙体、墙顶加载梁组成,墙底地梁独立制作,试验时将节点试件插入地梁预留的槽内,并进行必要的固定。试验墙体的几何尺寸相同,均为:高 650mm,宽 700mm,厚 100mm;其中,预制部分的墙体长 500mm,两侧有宽为 100mm 现浇暗柱,深入地梁槽内的部分高 350mm,计算剪跨比时,墙高需考虑墙顶加载梁的一部分高度,取试件计算高度为 350mm,则其剪跨比λ = 350/700 = 0.5。 
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第三章  齿槽式连接节点抗剪承载力研究 ............ 22 
3.1  装配式钢筋混凝土框架梁柱齿槽接头抗剪承载力公式 ...... 22 
3.1.1  我国装配式混凝土结构技术规程中相关规定 ........... 22 
3.1.2  装配式钢筋混凝土框架梁柱齿槽接头的试验研究 ............. 23
3.2  装配式剪力墙上下层墙体齿槽接头抗剪承载力公式 .......... 26
3.3  本章小结 ........... 32 
第四章  装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪承载力计算 ........ 34 
4.1  结合试验现象分析试件抗剪影响因素 .... 34 
4.2  节点试件抗剪假设 ..... 35 
4.3  节点试件各组分抗剪机理 ............. 36
4.4  本章小结 ........... 42 
第五章  装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪承载力公式应用 .......... 44
5.1 试验试件三种破坏现象轴力限值 ............ 44 
5.2  对比计算值与试验值 ........... 45 
5.3  本章小结 ........... 46 

第五章  装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪承载力公式应用 

5.1 试验试件三种破坏现象轴力限值 

本文提出装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪承载力公式计算结果与试验结果较为吻合,适用于较高轴压比剪力墙试件。从计算结果可以看出,对于轴压比较高的试件,对角线区域混凝土斜压杆起主要抗剪作用,占试件抗剪能力的 75%左右。对于轴压力小于 83.4k N 的节点试件 JD-1B、JD-2C、JD-3C,其破坏时齿槽接缝处出现滑移,且裂缝宽度较大,而墙体对角线方向的斜裂缝较少,斜裂缝主要集中在墙端暗柱及齿槽中的混凝土上。暗柱的存在会对齿槽区域产生销栓作用,增强非对角线区域混凝土斜压杆作用的发挥,同时自身也会提供截面抗剪。 本文提出装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪承载力公式计算结果与试验结果较为吻合,适用于较高轴压比剪力墙试件。从计算结果可以看出,对于轴压比较高的试件,对角线区域混凝土斜压杆起主要抗剪作用,占试件抗剪能力的 75%左右。 2)对于轴压力小于 83.4k N 的节点试件 JD-1B、JD-2C、JD-3C,其破坏时齿槽接缝处出现滑移,且裂缝宽度较大,而墙体对角线方向的斜裂缝较少,斜裂缝主要集中在墙端暗柱及齿槽中的混凝土上。暗柱的存在会对齿槽区域产生销栓作用,增强非对角线区域混凝土斜压杆作用的发挥,同时自身也会提供截面抗剪。 

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结论 

装配式混凝土结构连接节点是墙体的薄弱环节,节点连接构造在地震作用下的强度、刚度和延性直接关系到整体结构的可靠性。上下层预制墙板通过在预制构件连接部位设置齿槽空间后浇混凝土形成整体,能够保证均匀传递剪力。目前,国内外学者对梁端齿槽节点的受力机理和破坏模式进行了大量研究,并根据不同的受力模型提出梁端齿槽节点抗剪承载力公式,但对于预制剪力墙齿槽式连接节点受力机理研究较少;对影响墙体齿槽式连接节点抗剪承载力因素认识不足;未考虑墙体约束边缘构件这一重要结构构件对齿槽连接节点抗剪承载力的影响。 本文总结学习了国内外有关装配式建筑的文献理论和实践经验,在课题组前期开展的装配式剪力墙齿槽式连接抗震性能试验的基础上,对低剪跨比(??=0.5)装配式剪力墙齿槽式连接节点试件抗剪性能进行试验研究,探讨轴压比、暗柱设置情况、齿键几何特征等因素对试件抗剪性能的影响。 此外,本文还提出了装配式剪力墙齿槽式连接节点抗剪承载力计算公式,公式中考虑了轴压力、后浇暗柱情况等多种抗剪组分的抗剪机理,采用本文提出的抗剪承载力公式计算结果与试验结果较为吻合。 通过开展以上各阶段工作,可得出以下结论。 
(1)三组试件水平裂缝开展过程基本相似,对于轴压比较小的试件,水平裂缝首先出现在墙体受拉一侧齿槽接缝处,随着水平荷载的增加,对角线区域出现斜裂缝,而 3 组带现浇暗柱的局部齿槽试件斜压杆区域以外的水平接缝开裂较早,几乎与斜压杆区域的水平接缝同时出现,这是因为这一区域上下层墙体以水平接触面形式接触,仅设置一层坐浆,故当对角线区域齿槽接缝处出现水平开裂时,很快会导致无齿键接缝处开裂。 
(2)三组节点试件由试验墙体、墙顶加载梁组成,墙底地梁独立制作,试验时将节点试件插入地梁预留的槽内,并进行必要的固定。虽已经过固定,但其牢固程度与现浇在一起的试件相比仍存在差异,试验过程中可以发现,试件各阶段位移均较大,考虑应存在一定的误差。故本试验结果中的位移部分不作为接下来分析的考虑因素。 
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