竖向预应力连接的预制多孔剪力墙抗震性能研究

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目前我国的多高层住宅建筑多为现浇混凝土结构,随着人民对住房要求的提高,继续按照这种粗狂式的方式生产将制约我国住宅产业的进一步发展。住宅产业化可以使住宅的建造质量和建造速度实现均衡。作为住宅产业化的重要组成部分,预制装配式结构体系可以将传统的住宅生产方式由劳动密集型转变为科技密集型。预制装配整体式钢筋混凝土结构房屋的优越性体现在:生产效率高、方便快捷、可缩短施工工期、易于实现模数化、标准化、规模化生产、提高住宅的质量水平。我国有关竖向预应力连接的预制多孔剪力墙的应用还处于初始阶段,有待于进一步研究。针对当前住宅结构体系中最常见的剪力墙形式,本文选取基本墙体单元—一字型预制多孔剪力墙作为研究对象,运用ABAQUS有限元分析软件对模型的承载能力和变形能力进行了非线性分析。通过改变一字型预制多孔剪力墙模型的连接形式、混凝土强度等级、孔洞率、剪力墙的水平、竖向配筋率和边缘构件的体积配箍率等参数,对比改变各参数后模型的破坏形态、骨架曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、延性性能等的差异,得出各参数对其抗震性能的影响。其主要结论如下:1、通过模拟对比可知:竖向预应力筋连接的预制多孔剪力墙与普通钢筋连接的现浇多孔剪力墙相比,由于预应力钢筋的存在,剪力墙的延性略有下降,但弹性阶段卸载后,构件有良好的恢复性,预应力筋可以用于预制多孔剪力墙的竖向节点连接;将预应力用于竖向连接时,若有效预应力过小,则不能很好的发挥预应力对结构使用性能的有利影响。综合考虑有效预应力对剪力墙承载能力、延性性能和使用性能的影响,在工程中建议将竖向预应力连接的预制多孔剪力墙的有效预应力控制为0.5fptk左右。2、通过模拟对比可知:竖向预应力连接的预制多孔剪力墙当混凝土强度等级在C30-C50的范围内时,随着混凝土强度等级的提高结构的承载能力加大,同时延性性能下降;混凝土强度等级在C30-C40时极限荷载的增幅大于混凝土强度等级在C40-C50时的增幅,故当混凝土强度等级在C40以内时,可考虑通过增加混凝土强度等级的方法来提高结构的承载能力。3、通过模拟对比可知:竖向预应力连接的预制多孔剪力墙随着孔洞率的增加其承载能力下降,延性性能提高。当孔洞率在0-17.5%的范围内时,开裂荷载、开裂位移随着孔洞率的增加而增大;开裂荷载和开裂位移增大的趋势不明显,近似为一条水平线;极限位移随着孔洞率的增加逐渐增大;极限荷载随着孔洞率的增加逐渐减小。当孔洞率在17.5%-22.3%的范围内时,开裂荷载、开裂位移随着孔洞率的增加而减小,开裂荷载和开裂位移减小的趋势比之前增大的幅度明显;极限位移随着孔洞率的增加急剧增大;极限荷载随着孔洞率的增加急剧下降。综合考虑孔洞率对结构抗震性能的的影响,在实际工程中建议将竖向预应力连接的预制多孔剪力墙的孔洞率控制在17.5%以内。4、本次模拟分析中考虑孔洞率影响的多孔预制剪力墙的轴压比计算公式:其中N—重力荷载代表值作用下的轴向力设计值;fc—混凝土轴心抗压强度设计值;A—剪力墙的全截面面积Pc—孔洞率;G1k—墙体的自重标准值(按全截面面积计算,不扣除孔洞的影响);G2k—除墙体以外的结构和构配件的自重标准值;带有孔洞率的轴压比公式可为类似多孔剪力墙的轴压比计算提供参考。通过模拟对比可知:竖向预应力连接的预制多孔剪力墙随着轴压比μk的增大试件的开裂荷载、极限荷载和开裂位移不断增大;竖向预应力连接的预制多孔剪力墙随着轴压比μk的增大试件的滞回环包围的面积不断减小,即试件的延性不断变差,抗震能力逐渐降低;当轴压比在0.1-0.3的范围内时,轴压比对构件抗震性能的影响幅度显著,当轴压比在0.3-0.5的范围内时,其影响幅度减缓。综合考虑轴压比对结构抗震性能的的影响,在实际工程中建议将竖向预应力连接的预制多孔剪力墙的轴压比控制在0.3以内。5、通过模拟对比可知:竖向钢筋随着配筋率的增加对竖向预应力连接的预制多孔剪力墙的受力性能影响不显著;水平钢筋随着配筋率的增加对竖向预应力连接的预制多孔剪力墙的受力性能有影响,随着水平钢筋配筋率的增加结构的承载力增加,但其增加的幅度缓慢;边缘构件箍筋的体积配箍率对结构的受力性能产生的影响比墙体水平钢筋的配筋率产生的影响更明显。从实际工程考虑,建议竖向预应力连接的预制多孔剪力墙水平及竖向钢筋的配筋率按构造要求取值,当需要通过增加配筋来加强构件时,优先考虑加大边缘构件的钢筋。本次模拟计算配筋率时,均采用全截面面积,不扣除孔洞的影响,可为类似多孔剪力墙配筋率的计算提供参考。
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