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预制混凝土剪力墙足尺子结构抗震性能试验研究

作　者: 张家齐
导　师: 姜洪斌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 预制混凝土结构装配整体式剪力墙子结构拟动力试验抗震性能
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

预制混凝土剪力墙结构是哈尔滨工业大学课题组创新研发的适合建筑工业化的装配整体式结构体系,其特点是主要结构部品在工厂预制,检查合格的部品由大型拖车运抵施工现场进行吊装施工形成整体结构。该种结构体系施工速度快、产品质量好、节能环保优势明显,适合我国住宅产业化的发展需求。预制混凝土剪力墙结构体系的核心技术是部品之间的连接,本文采用插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接方法,按照规范施工工法制作了9片剪力墙试件,在长柱试验机上进行受压性能试验研究。其中2个试件进行轴压试验,通过荷载—应变曲线,研究试件弹性阶段的力学性能,根据搭接位置的钢筋和混凝土应变变化,分析钢筋和混凝土的工作状态。对7个试件进行偏心受压试验,比较不同钢筋直径对承载力的影响,试件的最终破坏模式满足小偏心破坏理论,在钢筋搭接范围内混凝土截面应变满足平截面假定,试件极限承载力与现浇结构理论计算结果完全相同,试件没有发生锚固不足的破坏。以大量的基本连接性能试验结论为基础,为考察采用插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接及水平连接关键技术对整体结构抗震性能的影响,设计了三层足尺剪力墙子结构,依次进行了单自由度拟静力试验、多自由度拟动力试验。拟静力试验使用两个63t作动器在三层顶部逐级施加往复水平荷载,当结构层间位移角达到1/1000时,停止施加荷载。通过布置在每一层的高精度位移计,获得了子结构的滞回曲线,以及暗柱区搭接钢筋的应变情况。试验分析表明,在设防烈度的地震力作用下结构没有裂缝产生,整体结构处于弹性状态,层间位移角满足规范的限值。在试验过程中整体结构刚度退化比较缓慢,没有明显刚度突变,满足“小震不坏”的设防目标。进行多自由度拟动力试验需对结构稍加改装,原拟静力加载点不变,在一层、二层顶部增设加载点,模拟实际地震作用。拟动力试验选取El-Centro地震波12s的地震动,峰值加速度依次为35gal、70gal、110gal、220gal。子结构从弹性状态发展到弹塑性、塑性状态。连梁开裂,形成交叉裂缝,最终破坏产生明显塑性铰。一层墙肢产生较多弯剪斜裂缝,结构以弯曲破坏为主。拟动力试验数据分析表明,预制混凝土剪力墙结构破坏模式与耗能机理和现浇结构完全相同,整体结构具有较大的延性和耗能特性。各部品连接设计安全可靠,在试验过程中没有发生锚固破坏,构造措施满足受力需要。子结构拟动力试验结果证明,预制混凝土剪力墙结构能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标,可以在地震区应用。在子结构的抗震性能试验结束后进行了基本构件的承载力试验,包括叠合楼板、预制阳台、预制楼梯的承载力试验。其中叠合楼板,预制阳台采用沙子模拟均布荷载,分级加载获得结构的挠度曲线。预制楼梯分为预制梯梁和预制梯段板,使用千斤顶两点加载,得到每级荷载下的挠度曲线。试验结果表明,在达到计算承载力极限时,部品之间的构造连接措施能够保证连接可靠,不会发生锚固破坏,可以依据现浇理论进行分析。预制混凝土剪力墙子结构模型试验,证明部品的连接方式在整体结构中具有可靠性,在实际工程应用中具有可行性。预制混凝土剪力墙结构体系作为作为新型结构体系,将极大促进我国住宅产业化的发展。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 课题背景及研究意义  11-12
  1.2 住宅产业化的发展及研究应用现状  12-18
    1.2.1 住宅产业化在国外的发展及应用  12-14
    1.2.2 住宅产业化在国内的发展及应用  14-16
    1.2.3 哈尔滨工业大学住宅产业化研究进展  16-18
  1.3 预制混凝土结构研究现状  18-21
    1.3.1 预制装配式结构抗震性能研究  18-19
    1.3.2 混凝土基本构件研究  19-21
  1.4 本文研究内容  21-22
第2章预制混凝土剪力墙受压性能试验  22-36
  2.1 概述  22
  2.2 试件设计和制作  22-25
    2.2.1 试件设计  22-24
    2.2.2 试件制作及组装  24-25
  2.3 试验方案  25-27
    2.3.1 加载设备  25-26
    2.3.2 测点布置  26
    2.3.3 加载制度和观测内容  26-27
  2.4 材料力学性能  27-28
    2.4.1 钢筋强度  27
    2.4.2 混凝土强度  27
    2.4.3 灌浆料强度  27-28
  2.5 剪力墙轴压试验分析  28-29
    2.5.1 轴压试验现象  28
    2.5.2 轴压试验数据分析  28-29
  2.6 剪力墙小偏压试验现象  29-34
    2.6.1 偏压试验现象  29-30
    2.6.2 应变数据分析  30-33
    2.6.3 试件承载力比较分析  33-34
  2.7 本章小结  34-36
第3章预制混凝土剪力墙子结构模型设计和制作  36-50
  3.1 概述  36
  3.2 模型设计和制作  36-48
    3.2.1 模型建筑结构设计  36-38
    3.2.2 模型拆分设计  38-43
    3.2.3 模型连接设计  43-46
    3.2.4 模型组装  46-48
  3.3 基本材性试验  48-49
  3.4 小结  49-50
第4章预制混凝土剪力墙子结构抗震性能试验  50-84
  4.1 概述  50
  4.2 预制剪力墙子结构拟静力试验  50-64
    4.2.1 拟静力试验方案  50-56
    4.2.2 试验现象  56-58
    4.2.3 试验数据分析  58-64
  4.3 拟动力试验  64-82
    4.3.1 拟动力试验方案  64-65
    4.3.2 结构层间刚度测试和分析  65-68
    4.3.3 试验现象  68-74
    4.3.4 位移反应分析  74-82
  4.4 本章小结  82-84
第5章预制混凝土剪力墙子结构构件静载试验  84-96
  5.1 概述  84
  5.2 叠合楼板静载试验  84-88
    5.2.1 叠合板设计  84-85
    5.2.2 叠合板制作  85-86
    5.2.3 叠合板测点布置  86-87
    5.2.4 叠合板量测内容  87
    5.2.5 试验数据分析及结论  87-88
  5.3 预制阳台静载试验  88-89
    5.3.1 预制阳台设计和制作  88-89
    5.3.2 试验现象和分析  89
  5.4 预制楼梯静载试验  89-94
    5.4.1 预制楼梯设计和制作  89-91
    5.4.2 预制楼梯测点布置和量测内容  91-92
    5.4.3 试验现象和分析  92-94
  5.5 小结  94-96
结论  96-98
参考文献  98-104
致谢  104

预制混凝土剪力墙足尺子结构抗震性能试验研究

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