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。