弯折钢筋抗剪键组合剪力墙平面外抗弯性能研究

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目前,装配式建筑符合国家大力提倡的绿色建筑发展理念,组合剪力墙体系作为装配式建筑体系之一,是一种应用前景非常广泛的结构体系。组合剪力墙体系凭借耗能能力强、整体延性好、施工效率高、绿色节能等优点,被广泛应用于大跨度、高层及超高层建筑结构中。本文提出了一种采用连续弯折钢筋作为抗剪连接件的新型内嵌组合剪力墙。提出的新型组合剪力墙在钢板两侧焊接连续弯折钢筋,代替传统组合剪力墙钢板上的抗剪栓钉。当该组合剪力墙应用于预制装配式结构时,仅需现场拼接组合墙内的钢板,避免了预制混凝土剪力墙拼接施工过程中采用钢筋灌浆套筒连接导致的隐蔽工程过多、施工质量难以控制等问题。这种新型组合剪力墙拼接施工过程中需考虑面外抗弯稳定,为研究该组合剪力墙拼接后的平面外抗弯性能,进行了五块剪力墙试件的面外抗弯性能试验,试验试件包括四块内嵌组合剪力墙和一块具有相同配筋率的钢筋混凝土剪力墙。通过试验研究,分析了弯折钢筋布置方式、内置钢板连接形式等参数对组合剪力墙平面外抗弯性能和破坏模式的影响。采用有限元软件对组合剪力墙进行了模拟分析,分析了组合剪力墙模型中界面作用、钢筋抗剪作用、混凝土受力过程等,并与试验结果进行了对比,验证了模型的准确性。利用验证的有限元模型,进一步分析了钢筋屈服强度、混凝土强度、钢板厚度、墙体厚度等参数对组合剪力墙面外抗弯性能和破坏模式的影响。通过试验研究和有限元模拟分析,得到结论如下:(1)由于弯折钢筋的配筋率及布置形式影响,钢板两侧的混凝土表现出不同的破坏模式,但组合剪力墙试件表面的弯曲裂缝达到内嵌钢板位置时即终止,钢板能有效阻止试件破坏,该新型内嵌组合剪力墙与传统钢筋混凝土剪力墙相比,面外抗弯承载力提高约44%~164%;(2)弯折钢筋布置方式对组合剪力墙平面外的抗弯承载力有明显影响,弯折钢筋错行布置的组合剪力墙比弯折钢筋平行布置的组合剪力墙平面外的抗弯承载力提高约23%;(3)内嵌钢板的拼接形式对组合剪力墙试件平面外的抗弯承载力影响较小,但拼接形式会影响试件初始刚度及变形能力,焊接拼接形式与螺栓拼接形式相比,焊接能有效提高试件初始刚度;(4)组合剪力墙有限元模拟结果与试验结果吻合良好,有限元模拟结果的荷载-位移曲线与试验结果的荷载-位移曲线基本相近,模型中混凝土塑性损伤模型和钢材本构关系可良好表征剪力墙试件中混凝土和钢材破坏过程,较好地呈现剪力墙试件的破坏模式;(5)有限元参数分析表明,钢筋屈服强度、混凝土强度、墙体厚度对提高组合剪力墙试件面外抗弯承载力效果显著,钢板厚度对提高组合剪力墙试件面外抗弯承载力影响有限,钢筋屈服强度、混凝土强度、墙体厚度、钢板厚度等参数应合理配置,才能充分发挥组合剪力墙面外抗弯性能;(6)由于弯折钢筋不足以完全抵抗钢板与混凝土之间的剪力,组合剪力墙试件的钢板与混凝土之间的连接可简化为部分抗剪连接。依据组合结构塑性承载力计算理论,提出了该新型内嵌组合剪力墙平面外抗弯承载力的计算公式,将公式计算值与试验结果值、有限元参数分析值进行对比,对比结果表明公式计算值偏于安全。
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