基于ABAQUS的剪力墙保温结构连接性能研究

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剪力墙保温结构是集建筑保温隔热与墙体围护、承重功能于一体,能实现建筑保温与墙体同寿命,符合建筑节能与结构一体化技术,是推动墙体革新政策实施的建筑节能体系。其中,连接件是剪力墙保温结构中保证内叶混凝土、保温层、外叶混凝土协同工作的关键部件。同时,连接件也是抵抗风荷载和地震作用下墙板分离的主要部件。因此,连接件对保温墙体整体性能的提高和改善起到了至关重要的作用。目前对于剪力墙保温结构的抗震性能研究主要集中于静力性能方面,对连接件的研究也主要集中于连接件的形式、间距、材质等,而对真实反应地震作用下剪力墙保温结构中连接件构造方面的振动台试验极少有展开的实例。因此,为了探究该结构在地震作用下不同的连接件构造形式,对结构时程响应和抗震性能的影响,本文以山东省建筑节能与结构一体化体系研究项目为依据,以剪力墙保温结构中应用比较广泛的IPS(Insulation Panel with steel-mesh)现浇混凝土剪力墙自保温结构和FS(Formwork system)外模板现浇混凝土复合保温结构为例,进行了地震模拟振动台试验。此外,在试验研究基础上用有限元软件ABAQUS对试验模型进行数值模拟分析,将模拟结果与试验数据进行了对比。本文的具体内容如下:(1)对IPS自保温结构和FS复合保温结构进行地震模拟振动台试验,变化参数为同一结构内部连接件的有和无、两种不同的结构类型、三种激励波形、三种峰值加速度。试验制作了IPS-1(IPS自保温结构内部有连接件)、IPS-2(IPS自保温结构内部无连接件)、FS(FS复合保温结构内部有连接件)三个1:1的试件模型。(2)对不同试件的试验结果进行了对比分析。将IPS-1和IPS-2两个试件模型在不同地震波作用下的加速度时程响应进行对比分析,得出连接件对结构的影响;将IPS-1和FS两个试件模型在不同地震波作用下的加速度时程响应进行对比分析,得出不同保温类型下的加速度时程响应。(3)使用有限元软件ABAQUS对上述试验模型进行了计算分析,并对建模过程中本构关系、单元的选择、相关参数的取值、接触面的设置等问题进行了讨论。在分析中建立了1:1的剪力墙保温结构IPS-1模型、IPS-2模型,对两种模型进行了时程响应分析,并将模拟结果与试验结果进行对比,为相关参数的选择提供依据。通过对以上内容的探究得出了如下结论:(1)在试验过程中,IPS-1、IPS-2、FS三个试件分别在峰值加速度为0.1g、0.15g、0.2g的EL Centro波、Kobe波、Rg波作用下均未发生破坏,试件的协同变形能力较好。因此,这三种试件可以适用于设防烈度为7度基本地震、7度罕遇地震、8度多遇地震下。(2)同一试件在同一峰值加速度和不同激励波形作用下,结构的加速度时程响应最大值有较大的差距,说明了试件保温层的连接形式和激励波形对试件响应影响较大。(3)在同一种峰值加速度作用下,试件的加速度时程响应沿高度方向逐渐加强;当峰值加速度逐渐增大时,试件的加速度时程响应也逐渐增加。(4)在同一激励波形作用下和峰值加速度相同时,IPS-1试件的加速度时程响应大于IPS-2试件的响应。这说明连接件的存在增加了试件的刚度和整体性,但同时也使得试件的加速度响应最大值增加。(5)在不同激励波形作用下,FS试件的加速度时程响应变化比较复杂,在地震作用下时程响应无明显规律。(6)有限元模型结果与试验结果的加速度响应最大值的相对误差在17%以内,时程曲线的趋势较一致,有限元模型结果与试验结果符合较好。
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