边缘构件节点现浇连接装配式RC双肢剪力墙抗震性能分析.pdf

第 卷第 期 年 月吉林建筑大学学报 收稿日期：作者简介：桑思宇（），男，河南省商丘市人，硕士研究生通讯作者：孟凡林，男，吉林省长春市人，研究员 ：边缘构件节点现浇连接装配式 双肢剪力墙抗震性能分析桑思宇，孟凡林，李建科吉林建筑大学 土木工程学院，长春 摘要：为研究边缘构件节点现浇连接装配式 双肢剪力墙抗震性能，分别对现浇式 双肢剪力墙试件 、装配式 双肢剪力墙试件 进行 有限元模拟 模拟结果显示，试件 的初始刚度低于试件 ，且试件 的延性比试件 高 ，但两试件具有相同的破坏形态，滞回曲线均为梭形，承载力相近；此外，改变试件 混凝土强度等级、轴压比参数进行模拟，结果表明，试件 在轴压比限值内轴压比的提高对试件 有利；试件 刚度、承载力随混凝土强度的提高而升高，延性比呈下降趋势关键词：边缘构件；双肢剪力墙抗震性能；有限元模拟；轴压比；延性中图分类号：文献标志码：文章编号：（）牞 牞 牞 牞 牞 牶 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牶 牷 牷 牷 牷 引言预制剪力墙是装配式房屋建筑的主要构件之一，是剪力墙结构体系的主要承重构件与抗侧力构件，因其装配式建筑固定安装的特点，各构件之间的连接方式则显得尤为重要 国内外学者在此问题上做了大量研究，孟凡林等 人研究墙身竖向混合布筋的灌芯装配式混凝土剪力墙的抗震性能，结果表明，试件发生压弯吉林建筑大学学报第 卷破坏，孔洞内新旧混凝土无明显滑移，抗震性能满足规范要求 可见，灌芯装配式剪力墙的连接方式具有可靠的连接性能 此种连接方式虽然解决了连接质量问题，但因竖向钢筋重复设置，增加了钢筋成本且质量问题频出被广为诟病除此之外，较为流行的连接方式有套筒灌浆连接、浆锚连接 ，但是，采用上述连接方式施工时，连接件的工程质量不易检测，套筒与钢筋间的定位困难，墙体较薄时会出现墙体孔洞问题，使连接性能降低 此外还有后张预应力连接方式 ，但因张拉设备限制与连接处冗余度不高等问题，没有得到很好的推广应用 键槽连接 与螺栓连接 也是常用连接方式，但键槽尺寸过大影响了结构的抗震性能 螺栓连接对制作、施工精度要求较高，在工地杂乱的环境中极易损伤接茬处螺纹综上，本文提出了一种装配式混凝土剪力墙边缘构件的连接节点 ，具有易装配、施工精度低、对工人技术要求低等优点 本文针对此种连接方式利用 有限元软件进行建模分析其抗震性能 试件概述 试件尺寸为了研究边缘构件节点现浇连接装配式 双肢剪力墙抗震性能，建立了 和 剪力墙试件，分别为现浇式 双肢剪力墙和装配式 双肢剪力墙 两试件配筋相同，采用 级钢筋，混凝土强度等级采用 两试件截面尺寸相同，墙肢截面尺寸：，连梁截面尺寸：，墙高：，试件设计参数见表，试件尺寸及配筋图如图所示 窗正下方为填充墙 两试件轴压比为 软件建模试件模型如图 所示表 试件设计参数 试件编号墙体配筋墙肢箍筋墙肢纵筋连梁箍筋连梁纵筋地梁甩筋拉筋?（）?（）图 试件尺寸及配筋（单位：）（：）第 期桑思宇，孟凡林，李建科：边缘构件节点现浇连接装配式 双肢剪力墙抗震性能分析?（）?（）图 试件模型 材料本构 混凝土材料本构选用 软件中混凝土塑性损伤本构模型，其中混凝土单轴应力 应变关系由 混凝土结构设计规范（）中计算式取得，但在 软件中要将实际应变转为非弹性应变，以受压非弹性应变为例：式中，为受压非弹性应变；为实际应变；为初始刚度下弹性应变 其损伤因子参考方自虎等 人研究计算式取得，其它参数取值见表 表 其它参数取值 参数 取值 钢筋材料本构钢筋材料选用理想弹塑性模型，密度为 ，泊松比为 ，弹性模量为 ，屈服强度为 ，极限强度为 轴压比计算由 混凝土结构设计规范（）中计算公式计算试件双肢顶部所需施加荷载 中对试件 ，墙肢顶部所施加的竖向荷载为 ，轴压比为 ，具体计算式见式（）：（）式中，为试件设计轴压比；为轴向压力设计值，；为混凝土轴心抗压强度设计值，；为墙肢截面宽度，；为墙肢截面高度，加载制度在 建模时，对试件施加荷载主要有在墙肢顶部施加的轴向荷载与在连梁顶部中心位置施加的水平位移，水平位移加载制度见表 表 水平位移加载制度 加载步循环次数递增位移 最大位移 位移角 加载步循环次数递增位移 最大位移 位移角 建模时相互作用及网格相互作用中创建约束主要有：绑定、耦合、内置区域 种 将墙肢底部与地梁顶部进行绑定，绑定前需在 吉林建筑大学学报第 卷地梁顶部切割出与墙肢底部截面相匹配的截面区域 为了方便轴向荷载及水平位移的施加，将墙肢顶部区域、连梁顶部区域分别耦合于 ，参考点 钢筋与混凝土的连接方式采用内置区域约束，将钢筋内置于混凝土内部 试件 中新旧混凝土接触采用“面面接触”，接触属性选用切向行为、法向行为、粘性行为及损伤共同作用 此外，为与试验边界条件相匹配，模拟时将地梁底面设为完全固定（）考虑到模型计算成本及模拟数据的准确性，混凝土单元类型选用 ，钢筋单元类型选用 试件 墙身混凝土单元尺寸为 ，试件 因存在接触面，接触面中从面网格尺寸需小于主面网格尺寸，故将墙身预制部分网格尺寸设为 ，后浇混凝土部分网格尺寸设为 钢筋网格尺寸设为 因地梁不作为主要分析部位，故将地梁网格尺寸设为 模拟结果分析根据 建筑抗震试验规程（）中要求处理模拟数据，分析试件抗震性能 破坏形态分析混凝土等效塑性应变（）云图与钢筋应力（）云图如图 所示?（）?（）?（）?（）图 试件 ，云图 ，由图 可看出，两试件混凝土发生破坏的位置主要位于连梁与墙肢顶部交汇处、墙肢底部，且试件 的混凝土受压损伤最大值及等效塑性应变最大值均略小于试件 ，可见，在抗震方面试件 的混凝土破坏程度略小于试件 ，具有较好的耗能能力 两试件钢筋应力在混凝土主要破坏位置能够达到屈服强度，钢筋能很好地发挥作用 两试件的破坏形态相同，墙肢底部混凝土被压碎，墙肢顶部与连梁交第 期桑思宇，孟凡林，李建科：边缘构件节点现浇连接装配式 双肢剪力墙抗震性能分析 汇处发生压曲破坏 滞回曲线与骨架曲线对比分析试件 ，滞回曲线对比图、骨架曲线对比图如图 ，图 所示?图 试件 、滞回曲线对比?图 试件 、骨架曲线对比 由图 ，图 可以看出，试件 ，滞回曲线、骨架曲线相似，走势相同 滞回曲线均成梭形具有很好的耗能能力 初始加载时，试件 滞回环峰值略小于试件 ，其原因是试件 存在新旧混凝土接触面，荷载作用时接触位置有微小相对位移，致使初始刚度较小，前期滞回环峰值略小由骨架曲线可知，弹性阶段，试件 刚度较大，曲线上升较快，随荷载的继续施加，墙肢底部与顶部混凝土出现裂缝并迅速发展，试件进入屈服阶段，屈服荷载相差不大在力循环继续作用下，墙肢底部局部混凝土、墙肢顶部与连梁交汇处局部混凝土被压碎，退出工作试件刚度下降，且产生不可恢复的塑性变形，试件进入塑性阶段 可见，两试件受力性能相近，均有较好的耗能能力 刚度与延性对比分析试件 ，刚度退化曲线对比图如图 所示?图 试件 ，刚度退化曲线对比 现浇件 的初始刚度 高于装配件 的 ，这是因为试件 不存在新旧混凝土接触面，具有较好的整体性，抵抗荷载的能力较好 而试件 在装配过程中存在新旧混凝土接触面，受荷载作用时接触位置会出现相对位移，构件整体性较差，初始刚度较小 随着荷载的继续施加，试件 的刚度下降率快于 ，两试件中后期刚度退化曲线速率接近，最终刚度相近根据式 ，分别计算试件 ，的位移角与延性比，见表 吉林建筑大学学报第 卷表 试件 ，变形与延性 试件编号屈服荷载 位移 位移角 峰值荷载 位移 位移角 极限荷载 位移 位移角 延性比 试件 屈服荷载为 ，峰值荷载为 ，延性比为 ；试件 屈服荷载为 ，峰值荷载为 ，比试件 仅高 ，延性比为 ，比试件 提高 ；可见，两试件除延性相差较大外，屈服荷载、峰值荷载相差不大，承载力相近，极限位移角满足 建筑抗震设计规范（）中要求 试件 参数变化分析 混凝土强度等级改变的影响保证试件 其它因素不变，仅改变混凝土强度等级 混凝土等级选用 ，具体参数见表 表 试件参数 试件编号轴压比混凝土等级钢筋型号轴向荷载 试件编号轴压比混凝土等级钢筋型号轴向荷载 骨架曲线与刚度退化曲线各试件骨架曲线对比图、刚度退化曲线对比图如图 ，图 所示?图 试件骨架曲线对比?图 试件刚度退化曲线对比 由图 可知，混凝土强度的改变对试件弹性阶段影响不大 此后，骨架曲线走势发生变化，呈现混凝土强度等级越高，试件的承载力越高 各试件刚度退化速率相近，且随混凝土强度等级的提高，试件刚度也随之升高 变形与延性各试件变形与延性数据见表 由表 可看出，随着混凝土强度的提高，其屈服荷载、峰值荷载均呈现上升趋势，提升幅度最大分别为 ，延性比随混凝土强度提高而降低，降低最大幅度为 层间位移角满足规范要求第 期桑思宇，孟凡林，李建科：边缘构件节点现浇连接装配式 双肢剪力墙抗震性能分析 表 变形与延性 试件编号屈服荷载 位移 位移角 峰值荷载 位移 位移角 极限荷载 位移 位移角 延性比 轴压比改变的影响保证试件 除轴压比改变外，其它因素不变 轴压比分别为 ，参数见表 表 试件参数 试件编号轴压比混凝土等级钢筋型号轴向荷载 试件编号轴压比混凝土等级钢筋型号轴向荷载 骨架曲线与刚度退化曲线各试件骨架曲线对比图、刚度退化曲线对比图如图 ，图 所示?图 试件骨架曲线对比?图 试件刚度退化曲线对比 随轴压比的提高，试件峰值荷载略有提高，骨架曲线走势相差不大，但在塑性阶段，轴压比越低，荷载降低越明显 各试件初始刚度因轴压比提高而上升，但差值不大，各试件退化速率相近 可见，轴压比对试件 的影响不大 变形与延性各试件变形与延性数据见表 表 变形与延性 试件编号屈服荷载 位移 位移角 峰值荷载 位移 位移角 极限荷载 位移 位移角 延性比 吉林建筑大学学报第 卷随轴压比提高，屈服荷载、峰值荷载呈上升趋势，提升幅度最大分别为 ，；延性比随轴压比的提高而升高，分别提高 ，轴压比较小时，延性比的提高幅度较大，随轴压比继续增大，延性比提高幅度逐渐减小 层间位移角满足规范要求 结论通过对装配式 双肢剪力墙 、现浇 双肢剪力墙 及混凝土强度等级、轴压比试件的 模拟分析，得出以下结论：（）缘构件节点现浇连接装配式 双肢剪力墙的受力性能与现浇件 相似；两试件滞回曲线、骨架曲线相近，屈服荷载及承载力相差不大，破坏形态相似，但试件 的初始刚度不及试件 ；层间位移角满足 建筑抗震设计规范（）要求，同时具有较好的延性 可见，装配式 双肢剪力墙抗震性能较好（）装配式 双肢剪力墙随混凝土强度等级、轴压比的提高，其刚度、承载力，延性均有提高，在限值内，两参数的提高对试件的抗震性能有利参考文献 孟凡林，殷承诺，徐帅，李兆杰 墙身竖向混合布筋的灌芯装配式混凝土剪力墙抗震性能研究 工业建筑：，（）：钱稼茹，韩文龙，赵作周，秦珩，张芸，于劲，马涛，田东 钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构三层足尺模型子结构拟动力试验 建筑结构学报，（）：姜洪斌，张海顺，刘文清，闫红缨 预制混凝土插入式预留孔灌浆钢筋搭接试验 哈尔滨工业大学学报，（）：，（）：，（）：，：常业军，柳炳康，宋国华 低周反复荷载下装配式钢筋混凝土结构竖向齿槽接缝受力性能的试验研究 工业建筑，（）：，赵剑，姜绍飞，李翔，连晟航 螺栓连接预制装配剪力墙抗震性能试验 福州大学学报（自然科学版），（）：孟凡林，王福阳，吴永亮 一种装配式混凝土剪力墙边缘构件的连接节点 专利 ，中华人民共和国住房和城乡建设部 混凝土结构设计规范（）北京：中国建筑工业出版社，方自虎，周海俊，赖少颖，谢强 混凝土应力 应变关系选择 建筑结构，（）：方自虎，周海俊，赖少颖，谢强 混凝土损伤参数计算方法 第二届大型建筑钢与组合结构国际会议论文集，：中华人民共和国住房和城乡建设部 建筑抗震试验规程（）北京：中国建筑工业出版社，中华人民共和国住房和城乡建设部 建筑抗震设计规范（）北京：中国建筑工业出版社，