概述预制混凝土剪力墙结构抗震性能研究进展

概述预制混凝土剪力墙结构抗震性能研究进展

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摘要:科学技术的进步必然会促进各行业的发展,目前,在建筑领域内,装配式混凝土建筑受重视程度在不断上升,在新建建筑中的占比也在不断攀升。因此,保证装配式混凝土建筑的安全性十分重要,本文就预制混凝土剪力墙结构抗震性能的研究进行探讨,以供参考。

关键词:预制混凝土剪力墙;抗震性能;研究进展

随着城市化进程的推进,建筑行业的发展势头愈发迅猛。近年来,人口数量在不断地增加,人民群众的住房需求在与日俱增,高层建筑也成为了我国建筑的重要形式之一。在高层建筑中,剪力墙作为抗震的核心部分承担了80%以上的抗震作用,在进行高层建筑的建设过程中提高其抗震性能对于保证高层建筑的质量来说十分重要。因此,强化预制混凝土剪力墙结构抗震性能的研究也是目前建筑行业亟待解决的问题。

1.预制混凝土剪力墙结构体系

1.1装配式大板结构

装配式大板结构起源于西欧,我国最早在建筑行业内应用装配式大板结构是在新中国成立之后,目前在欧洲国家以及日本等国有着较高的普及率。所谓装配式大板结构就是将预制楼板与预制墙板拼装而成的混凝土剪力墙结构。通过装配式大板结构的应用能够有效的缩短建筑工程项目的工期,同时减少了对人力、物力的需求,有利于混凝土剪力墙结构的标准化生产。但是装配式大板结构也存在着一定的缺陷,例如:装配式大板建筑的整体性能相对较差;在进行结构布局时受到了一定限制;对于运输装配的机械要求较高等。

1.2后张无粘结预应力装配式剪力墙结构

后张无粘结预应力装配式剪力墙结构是20世纪90年代美国、日本在装配式大板结构的基础上提出的新的建筑结构体系。此结构相对于装配式大板结构而言整体性相对较强,并且后张无粘结预应力装配式剪力墙结构采用干性连接,这样就使得建筑受震时被破坏的部位大都集中在连接处,这样有利于震后修复的进行。除此之外,国内外学者还对后张无粘结预应力装配式剪力墙结构进行了研究:Kurama等发现后张无粘结预应力装配式剪力墙结构的钢梁相对于普通的连梁来说水平侧移大幅度降低;孙巍巍等提出了新型的装配式剪力墙结构的合理设计模型,在对短肢剪力墙进行拟静力分析后得出结论:混合装配式短肢墙极限承载力会高于直接装配式短肢墙。

1.3叠合板式剪力墙结构

叠合板式剪力墙结构的主要组成包含了叠合式楼板、墙板以及边缘构件。这种剪力墙结构在设计的时候相对简便并且也便于有效掌握工程质量,保证装配式建筑的安全稳定。通过对叠合板式剪力墙结构进行研究得出如下结果:章红梅等对此结构剪力墙进行低周反复试验,测试新老混凝土表面凝止粘结面破坏情况,结果显示叠合板式剪力墙结构抗侧性能相对良好;连星等对叠合板式剪力墙进行了低周反复荷载试验,结果显示边缘构件采用暗柱形式更为合理;Salmon等针对于叠合板式剪力墙提出了新型的板材,并进行了大量的实验研究。

2.预制混凝土剪力墙结构抗震性能研究进展

2.1装配式大板结构抗震性能研究进展

建筑的抗震性能取决于其吸收地震输入能量的能力。一般来说,建筑的结构愈具有整体性和连续性建筑的抗震性能愈强,装配式大板结构剪力墙的抗震性能取决于墙板之间的接缝及其整体性能。墙板之间的接缝主要包括水平接缝和竖向接缝。首先,就水平接缝来说,水平接缝性能的研究主要是针对于试件在单调剪切荷载的条件下或者是周期反复荷载的作用下进行的,KhaledASoudki的试验是在周期反复荷载的作用下进行的,主要研究了后张拉预应力钢筋、普通的低碳钢筋以及剪切键对接缝性能的影响。RobinLHutchinson在单调剪切荷载作用下进行试验,结果表明含有空心楼板的水平接缝是否能够受到破坏取决于接缝的剪摩承载力或空心楼板的抗剪承载力,其中接缝最大抗剪承载力为二者中最小值;若空心楼板发生了剪力破坏,则接缝的抗剪强度将会明显下降。万墨林等对装配式大板结构的接缝强度、刚度进行研究,其研究结果对我国震区大板结构建筑的设计有着重要的参考价值。然后,就竖向接缝来说,根据柳炳康、宋国华等的研究表明:随着接缝宽度、接合筋直径增加,接缝的延性则会增强;随着接合筋直径、强度增加,接缝的承载力也会增加。宋国华等也对接缝宽度、接合筋直径对竖向接缝的刚度、强度的影响进行研究,结果显示:接缝刚度、强度的退化率会随着宽度增大而减小,刚度退化率与接合筋无明显关系、强度退化率与接合筋呈非线性关系。最后,就装配式大板结构的整体性能来说,在此结构中的竖向接缝主要起着耗能作用,而结构受到破坏主要是由于水平接缝的剪切滑移与墙体摇摆。因此,为了保证装配式大板结构混凝土剪力墙良好的抗震性能需要有效地控制水平接缝的剪切滑移,同时增加竖向接缝的耗能能力。

2.2后张无粘结预应力装配式剪力墙结构抗震性能研究进展

后张无粘结预应力装配式剪力墙结构的特点之一就是当建筑受到地震的影响发生非线性位移时后张无粘结预应力装配式剪力墙结构很少或没有受到损伤,但是在此结构中也存在着一定的不足,如:此结构的耗能能力不足。TonyHolden通过尺寸相同的传统预制墙体和无粘结后张拉碳纤维预应力筋、钢纤维混凝土墙体进行试验研究,结果显示:虽然前者相较于后者有着更大的耗能能力,但是前者的塑性铰区域却受到了永久性的破坏,这是后者没有的。除此之外后张无粘结预应力装配式剪力墙结构的另一特点就是具有自恢复中心能力。这一能力就保证了剪力墙良好的抗震性,即在发生地震灾害时结构产生侧向位移但是受到的变性损害却相对较小。一般认为自恢复中心能力与重力荷载和后张拉预应力有关,但是据研究表明,在反复荷载作用下,后张拉预应力会减小但是自恢复中心能力依旧还在。BulentErkmen利用拟静力试验的方法分析预应力筋的锚固措施、分布、竖向荷载大小对自恢复中心能力的影响。研究表明:预应力筋的锚固措施对自恢复中心能力有着显著的影响,而预应力筋的分布、竖向荷载大小对自恢复中心能力没有显著影响,其中,对于竖向荷载来说,无论是重力还是后张拉力只要确保一个竖向最小值即可。

2.3叠合板式剪力墙结构抗震性能研究进展

叠合板式剪力墙结合了现浇混凝土结构与预制混凝土结构的优点,同时叠合板式剪力墙结构也是现浇混凝土结构向完全装配式结构过渡的重要阶段。上海万科和同济大学联合进行了叠合板式剪力墙的低周反复荷载试验,结果表明叠合板式剪力墙受力变形或遭到破坏都与现浇结构相似,且可以正常工作。叶献国、连星等同样进行低周反复荷载试验,并进行非线性分析,得出结论:叠合板式剪力墙结构有足够的抗剪强度,能够代替现浇式钢筋混凝土结构,并且不同边缘约束构造措施的叠合板式剪力墙的抗震性能无明显差别。在进行研究的过程中可以显示出叠合板式剪力墙结构的设计理念是采用的仿现浇式混凝土结构进行设计的。在现阶段对于叠合板式剪力墙的定义由于其采用的工艺千差万别,对其定义也存在着一定的差别,在各个地方也有着不一样的标准。目前,国内外关于叠合板式剪力墙结构的相关文献都相对欠缺,因此加强对其抗震性研究就变得十分迫切。

结束语

综上所述,装配式建筑已经成为了我国未来建筑的发展趋势,预制混凝土剪力墙的成本低、工期短,能够极大地提高建筑企业的经济效益,因此预制混凝土剪力墙也变成了现代建筑在进行施工时采取的重要方式之一。近年来,随着科学技术的发展我国建筑标准在不断提高,建筑的抗震性能也是建筑评估的热点,本文针对于预制混凝土剪力墙结构进行分析,并探究不同结构剪力墙抗震性能的研究进展,希望对未来装配式建筑的发展提供一定的参考价值。

参考文献:

[1]王墩,吕西林.预制混凝土剪力墙结构抗震性能研究进展[J].结构工程师,2010,26(6):128-135.

[2]王超.装配式耗能剪力墙结构抗震性能分析[D].辽宁:大连理工大学,2016.

[3]李德鑫,王宁.装配式结构钢筋连接抗震性能研究进展[J].装饰装修天地,2019,(11):38.

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