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中文题名:

 

螺栓连接I型装配式剪力墙抗侧承载力试验研究及分析

    

姓名:

 宁高源    

学号:

 1049722004399    

保密级别:

 公开    

论文语种:

 chi    

学科代码:

 081402    

学科名称:

 工学 - 土木工程 - 结构工程    

学生类型:

 硕士    

学校:

 武汉理工大学    

院系:

 土木工程与建筑学院    

专业:

 结构工程    

研究方向:

 装配式建筑    

第一导师姓名:

 王小平    

第一导师院系:

 土木工程与建筑学院    

完成日期:

 2023-07-30    

答辩日期:

 2023-09-21    

中文关键词:

 

螺栓连接I型装配式剪力墙 ; 单调水平加载 ; 抗侧承载力 ; 有限元分析 ; 简化计算公式

    

中文摘要:

目前国内装配式剪力墙结构的研究集中在高层建筑,低层建筑的应用关注度较低,且采用最为广泛的灌浆套筒接缝技术建造时,会受到装配技术和装配难度的限制。螺栓连接作为一种简单可靠的连接方式,将其应用于装配式剪力墙结构时优势明显。

用于低层建筑的螺栓连接I型装配式剪力墙(Bolt Connected I-shape Prefabricated Shear Wall,BIPW)结构由标准化预制墙板、转角柱和门窗过梁现场通过螺栓连接而成。本文以BIPW结构为对象,通过试验和有限元分析开展墙体的抗侧承载力研究,主要工作及成果如下:

(1)论文以BIPW剪力墙中的900mm宽标准化墙板预制件为基础,设计制作了分别由1块、2块和3块墙板组成的试件BIPW-1、BIPW-2和BIPW-3,对三组试件进行单调水平加载试验。介绍了单调水平加载试验的试验装置、测试内容及加载方案。

(2)基于三组试件BIPW-1、BIPW-2和BIPW-3的单调水平加载试验结果,得到了墙体试件的破坏形式、变形特征、刚度退化规律和应变发展等。结果表明:在单调水平荷载作用下,试件BIPW-1、BIPW-2和BIPW-3的抗侧承载力分别为47.2 kN、100.5 kN和241.4 kN,BIPW剪力墙数量可以有效地提高试件的抗侧承载力。三组试件屈服时刚度分别退化了83.1%、56.2%和52.6%,位移角均满足《建筑抗震设计规范》(GB50010-2010)中对钢筋混凝土剪力墙的设计要求,证明BIPW剪力墙应用于实际工程中具备可行性。

(3)论文采用ABAQUS软件分别建立了BIPW-1、BIPW-2和BIPW-3三组试件有限元模型,分析了三组试件的受力性能、破坏形式和极限承载力,并与试验结果进行了对比,两者相差10%左右,验证了本文所提有限元建模方法的正确性和合理性。基于上述有限元建模方法,论文研究了轴压比、混凝土抗压强度和螺栓抗拉强度对墙体试件抗侧承载力和刚度的影响。

(4)论文采用前述通过验证的有限元方法,分别分析了由4~8块900mm宽标准化墙板组成的BIPW剪力墙的抗侧承载力,对数据进行了分析和拟合,推导了BIPW剪力墙抗侧承载力与墙板数量之间的简化计算公式,为墙体的抗侧承载力计算提供了方便。

综合试验与有限元分析结果,证明螺栓连接I型装配式剪力墙结构具备设计合理、连接构造简单和传力性能良好等优点,在低层装配式建筑中的应用前景广阔。本文的研究成果可为BIPW剪力墙结构的推广和应用提供参考。

参考文献:

[1] GB/T 51129-2015. 工业化建筑评价标准[S].2015

[2] GB/T 51129-2017. 装配式建筑评价标准[S].2017

[3] 本刊.装配式建筑风正劲足发展加速[J].建筑,2022,No.954(10):14-17.

[4] 王中雷. 装配式建筑实施影响因素与项目计划问题研究[D].南京大学,2019.

[5] 郑志远,潘寒,胡中平,卢文达.预制钢筋混凝土剪力墙连接体系研究综述[J].建筑结构,2021,51(S2):1172-1180.

[6] 清华大学土木工程结构专家组,西南交通大学土木工程结构专家组,北京交通大学土木工程结构专家组,叶列平,陆新征.汶川地震建筑震害分析[J].建筑结构学报,2008(04):1-9.

[7] 潘毅,陈建,包韵雷,彭鑫,林旭川.长宁6.0级地震村镇建筑震害调查与分析[J].建筑结构学报,2020,41(S1):297-306.

[8] 潘毅,易督航,游文龙,范元青,林旭川.泸县6.0级地震村镇建筑震害调查与分析[J/OL].土木工程学报:1-14[2023-01-01].

[9] 何鹏旺. 乡村振兴背景下农村地区装配式建筑推进战略研究[D].山东建筑大学,2020.

[10] 张晨辉. 2010年-2019年国内外装配式建筑研究的热点及发展趋势[D].昆明理工大学,2021.

[11] 张辛,刘国维,张庆阳.法国:预制混凝土结构装配式建筑[J].建筑,2018(15):56-57.

[12] 叶红雨. 构件工艺设计与建筑装配设计方法初探[D].东南大学,2019.

[13] 徐伟,武春杨.国外装配式建筑研究综述[J].上海节能,2019(10):810-813.

[14] 黄炜,孙玉娇,张家瑞,范珍辉,马相.装配式墙体结构新型连接技术研究现状[J].工业建筑,2020,50(07):181-189.

[15] 高小婷. 小剪跨比低层装配式墙板承载能力试验研究与有限元分析[D].河北工程大学,2020.

[16] 马杰. 钢框外敷混凝土和石膏板复合墙体受力性能研究[D].重庆大学,2021.

[17] 李思婷. 装配式预制混凝土墙板竖向承载力试验研究与分析[D].武汉理工大学,2016.

[18] 周强. 装配式预制混凝土墙体抗侧性能试验研究与分析[D].武汉理工大学,2016.

[19] 朱晓章. 全螺栓连接装配式混凝土剪力墙结构节点及承载力研究[D].武汉理工大学,2017

[20] 张啟华. 装配式混凝土框式墙竖向承载力试验研究与分析[D].武汉理工大学,2020

[21] 曾华益. 装配式混凝土框式墙抗侧承载力试验研究与有限元分析[D].武汉理工大学,2020.

[22] 董晶. 竖向荷载作用下预制轻混凝土墙板力学性能研究[D].中国矿业大学,2016.

[23] 陈文,熊峰,陈江,冯波,王威.干式连接装配式墙体结构抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2018,39(10):56-64.

[24] 帅逸群,熊伟,程威.装配式打包箱式结构抗侧刚度及承载力分析[J/OL].建筑结构:1-8[2022-11-03].

[25] 钱敏.多体集装箱组合房屋结构抗侧性能分析与研究[D].山东科技大学,2017.

[26] 石宇,曾乐,向弋,杨秀红,尹稷华,邓飞.新型冷弯薄壁型钢板剪力墙抗侧性能试验研究[J].建筑钢结构进展,2021,23(07):21-30.

[27] 李硕,何敏娟.木结构剪力墙初始抗侧刚度计算[J].特种结构,2010,27(03):102-105.

[28] 丁伟. 装配式框撑墙抗侧刚度的试验研究[D].沈阳建筑大学,2018.

[29] 庞瑞,王文杰,刘晓怡,张海东,DIAKHATE Adama.带PC填充墙的装配式联肢剪力墙抗侧刚度与水平承载力计算方法研究[J/OL].建筑结构:1-8[2023-01-04].

[30] 熊峰,王兆强,冉明明,陈江,赵福超,钟亚超.螺栓连接装配式墙板抗侧刚度研究[J].工程科学与技术,2022,54(03):98-108.

[31] 丁峰. 螺栓连接低多层全装配式混凝土结构等厚墙板抗震性能研究[D].西南交通大学,2021.

[32] 聂少锋,周天华,周绪红,等. 冷弯型钢组合墙体抗侧刚度研究[J]. 重庆建筑大学学报,2008,30(2):75-79.

[33] 苗欣蔚,黄炜,胡高兴,等. 水平缝螺栓连接的全装配式复合墙体受力性能试验研究[J]. 湖南大学学报(自然科学版),2021,48(5):19-28.

[34] 过勇,王静峰,丁敬华,等. 装配式结构整体式内墙板连接优化与数值分析[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版),2019,42(4):512-519.

[35] 姜绍飞,赵剑,连晟航. 螺栓连接装配式剪力墙恢复力模型[J]. 哈尔滨工业大学学报,2022,54(4):55-64.

[36] 邓恩峰,宗亮,丁阳.开洞波纹钢板剪力墙初始抗侧刚度计算方法研究[J].钢结构(中英文),2022,37(03):1-9.

[37] 薛伟辰,古徐莉,胡翔,栗新.螺栓连接装配整体式混凝土剪力墙低周反复试验研究[J].土木工程学报,2014,47(S2):221-226.

[38] Shemie M. Bolted connections in large panel system buildings[J]. PCI Journal, 1973, 18(1): 27-33.

[39] Sun Jian, Qiu Hongxing, Lu Yong. Experimental study and associated numerical simulation of horizontally connected precast shear wall assembly[J]. The structural design of tall and special buildings,2016,25(13):659-678.

[40] Malla P, Xiong F, Cai G, et al. Numerical study on the behaviour of vertical bolted joints for precast concrete wall-based low-rise buildings[J]. Journal of Building Engineering, 2021, 33: 101529.

[41] Zhao F, Xiong F, Cai G, et al. Performance and numerical modelling of full-scale demountable bolted PC wall panels subjected to cyclic loading[J]. Journal of Building Engineering, 2023, 63: 105556.

[42] EI Semelawy M, EI Damatty A, Soliman A M. Novel anchor-jointed precast shear wall: testing and validation[J]. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Structures and Buildings, 2015, 168(4): 263-274.

[43] Guo Wei, Zhai Zhipeng, Cui Yao, et al. Seismic performance assessment of low-rise precast wall panel structure with bolt connections[J]. Engineering structures,2019,181(Feb.15):562-578.

[44] Beni M B T, Madhkhan M. Experimental study on two innovative ductile moment-resisting precast concrete beam-column connections[C]//Structures. Elsevier, 2022, 39: 559-572.

[45] Cheng B, Cai Y, Looi D T W. Experiment and numerical study of a new bolted steel plate horizontal joints for precast concrete shear wall structures[C]//Structures. Elsevier, 2021, 32: 760-777.

[46] Lim W Y, Kang T H K, Hong S G. Cyclic lateral testing of precast concrete T-walls in fast low-rise construction[J]. ACI Structural Journal, 2016, 113(1): 179-189.

[47] John Wilson, Nelson Lam. A recommended earthquake response spectrum model for Australia[J]. Australian Journal of Structural Engineering,2003,5(1):17-27.

[48] John Wilson, N Lam. Earthquake design of buildings in Australia using velocity and displacement principles[J]. Australian journal of structural engineering,2006,6(2):103-118.

[49] John Wilson, A.J. Robinson, T. Balendra. Performance of precast concrete load-bearing panel structures in regions of low to moderate seismicity[J]. Engineering structures,2008,30(7):1831-1841.

[50] Brunesi E, Nascimbene R. Experimental and numerical investigation of the seismic response of precast wall connections[J]. Bulletin of Earthquake Engineering, 2017, 15(12): 5511-5550.

[51] Psycharis I N, Kalyviotis I M, Mouzakis H P. Experimental investigation of the response of precast concrete cladding panels with integrated connections under monotonic and cyclic loading[J]. Engineering Structures, 2018, 159: 75-88.

[52] GB/T 50081-2019. 混凝土物理力学性能试验方法标准[S]. 2019

[53] GB/T 228.1-2021. 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法[S]. 2021

[54] 过镇海,时旭东. 钢筋混凝土原理和分析[M]. 北京:清华大学出版社, 2003.

[55] 孙国华,顾强,何若全,等. 半刚接钢框架内填暗竖缝钢筋混凝土剪力墙结构滞回性能试验研究[J]. 建筑结构学报,2010,31(9):16-26.

[56] GB 50011-2010. 建筑抗震设计规范[S]. 2010

[57] 孙建. 新型全预制装配式剪力墙结构抗震性能研究[D].东南大学,2016.

[58] 连星,叶献国,王德才等.叠合板式剪力墙的抗震性能试验分析[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2009,32(08):1219-1223.

[59] 朱张峰,郭正兴.装配式短肢剪力墙低周反复荷载试验[J].工程力学,2013,30(05):125-130.

[60] 刘家彬,陈云钢,郭正兴,张建玺.装配式混凝土剪力墙水平拼缝U型闭合筋连接抗震性能试验研究[J].东南大学学报(自然科学版),2013,43(03):565-570.

[61] 陈云钢,刘家彬,郭正兴,张建玺.装配式剪力墙水平拼缝钢筋浆锚搭接抗震性能试验[J].哈尔滨工业大学学报,2013,45(06):83-89.

[62] 刘家彬,陈云钢,郭正兴,袁富.竖向新型连接装配式剪力墙抗震性能试验研究[J].湖南大学学报(自然科学版),2014,41(04):16-24.

[63] 左晓宝,戴自强,李砚波.改善高强混凝土剪力墙抗震性能的试验研究[J].工业建筑,2001(06):37-39.

[64] 陈勤,李耕勤,钱稼茹,顾万黎.HRB400级钢筋焊接网剪力墙试验研究[J].混凝土,2002(07):18-22.

[65] 曹万林,张建伟,田宝发等.带暗支撑低矮剪力墙抗震性能试验及承载力计算[J].土木工程学报,2004(03):44-51.

[66] Courant R W. Variational methods for the solution of problems of equilibrium and vibrations[J]. Bulletin of the American Mathematical Society, 1943, 49: 1-23.

[67] Turner M J, Clough R W, Martin H C, et al. Stiffness and deflection analysis of complex structures[J]. journal of the Aeronautical Sciences, 1956, 23(9): 805-823.

[68] Clough R W. The finite element method in plane stress analysis[C]//Proceedings of 2nd ASCE Conference on Electronic Computation, Pittsburgh Pa., Sept. 8 and 9, 1960. 1960.

[69] 唐雨舟. 预制轻薄墙板带暗支撑叠合板式剪力墙抗震性能研究[D].湖南大学,2021.

[70] 刘巍,徐明,陈忠范.ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数标定及验证[J].工业建筑,2014,44(S1):167-171+213.

[71] GB 50010-2010. 混凝土结构设计规范[S]. 2010

[72] 雷拓,钱江,刘成清.混凝土损伤塑性模型应用研究[J].结构工程师,2008(02):22-27.

[73] 彭小婕,于安林,方有珍.混凝土损伤塑性模型的参数分析[J].苏州科技学院学报(工程技术版),2010,23(03):40-43.

[74] Ollgaard J G, Slutter R G, Fisher J W. Shear strength of stud connectors in lightweight and normal weight concrete, AISC Eng’g Jr., April 1971 (71-10)[J]. AISC Engineering journal, 1971: 55-34.

[75] 史晨程,吴婧姝,张泽平等.基于ABAQUS的钢板混凝土板平面外弯剪性能的非线性有限元分析[J].工业建筑,2015,45(09):7-11

中图分类号:

 TU398.2    

条码号:

 002000074701    

馆藏号:

 TD10060725    

馆藏位置:

 403    

备注:

 403-西院分馆博硕论文库;203-余家头分馆博硕论文库    

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