关键词:
预制条板隔墙
错缝拼接
平面外抗弯性能
抗冲击性能
平面外力学性能
摘要:
预制条板通常使用轻骨料混凝土制作而成,相比于传统的砌块隔墙,预制条板隔墙响应建筑工业化的号召,可以提高施工效率、绿色环保,是更加适合隔墙的建筑材料。受限于单块条板的尺寸限制和安装设备的限制,对高度较大的条板隔墙竖向往往采用条板拼接的构造形式,拼接条板纵筋在竖向断开,无法形成连续的受力机制导致竖向拼接条板隔墙平面外强度较弱,在地震作用以及冲击荷载作用下有可能出现平面外破坏或垮塌的情况。为了验证拼接条板隔墙的平面外抗震及抗冲击安全性,研究槽口形状、开洞等因素对拼接条板隔墙平面外力学性能的影响规律。本文通过试验和数值模拟相结合的方法,对竖向拼接条板隔墙的平面外力学性能进行了研究,主要研究内容及结论如下:(1)为探寻拼接条板的拼接构造对拼接条板平面外抗弯强度的一般影响规律,进行了2块单块条板、2块错缝距离600mm的燕尾槽拼接条板、2块错缝距离900mm的燕尾槽拼接条板的平面外堆载试验。试验结果表明:a)条板拼缝施工质量对于拼接条板平面外承载力影响较大,拼接条板的破坏始于竖向拼缝处,随着荷载不断增大,裂缝不断延伸引起条板弯折导致试件破坏。b)错缝拼接距离对于拼接条板的平面外抗弯承载力影响较大,错缝拼接距离900mm的拼接条板平面外抗弯承载力为错缝拼接距离600mm的拼接条板平面外抗弯承载力的1.63倍。c)拼接条板抗弯能力弱于单块条板,长度为3m的错缝拼接条板其平面外抗弯承载力只能达到单块条板平面外抗弯承载力的45%-70%。(2)为研究拼接条板隔墙的整体平面外力学性能,进行了燕尾槽和凹凸槽预制条板隔墙足尺试件的平面外静载与冲击试验。试验结果表明:a)燕尾槽和凹凸槽预制条板隔墙足尺试件满足抗震设防烈度为7度平面外抗震安全性及规范要求的抗冲击安全性要求。b)两个试件的破坏均发生于水平拼缝处,导致试件破坏,条板隔墙与主体结构的连接并未破坏。c)凹凸槽条板隔墙破坏荷载略小于燕尾槽条板隔墙,且其相同荷载下的位移要大于燕尾槽条板隔墙,两个试件开裂时的均布荷载分别为4.38k N/m与4.21k N/m,两个试件强度比为1:1.05。(3)为研究开洞对预制条板隔墙的整体平面外力学性能的影响,进行了燕尾槽和凹凸槽预制条板隔墙开洞足尺试件的平面外静载与冲击试验,并与未开洞相应试件对比。试验结果表明:a)燕尾槽和凹凸槽预制条板隔墙开洞足尺试件均满足抗震设防烈度为7度平面外抗震安全性及规范要求的抗冲击安全性要求。b)两个试件的条板拼缝处先产生裂缝,裂缝不断开展至洞口处,导致洞口附近条板向外凸出,试件最终破坏。c)开洞对条板隔墙刚度影响较大,开洞条板隔墙破坏荷载小于未开洞条板隔墙,凹凸槽开洞与未开洞试件强度比为1:1.15,燕尾槽开洞与未开洞试件强度比为1:1.12。(4)为进一步研究拼接条板隔墙的平面外抗震性能,本文建立数值计算有限元模型,并将计算结果与试验值进行了对比验证:a)本文选择使用等效摩擦力来模拟简化凹凸槽槽口与燕尾槽槽口,凹凸槽槽口切向摩擦系数取0.2,燕尾槽槽口切向摩擦系数取0.4。采用“硬”接触定义两者之间的法向作用;b)建模时设置多处位置施加集中力来模拟均布荷载作用;c)模拟计算结果表明,模型试件在均布荷载作用下其破坏模式和破坏荷载及变形均与试验结果相符,证明本文采用的有限元建模方式能够反映拼接条板隔墙在水平均布荷载作用下的受力情况。(5)利用前述数值模拟建模方法建立不同槽口形状、不同高宽比、不同开洞尺寸的条板隔墙模型对条板隔墙展开数值模拟研究。模拟结果表明:a)凹凸槽槽口条板隔墙与燕尾槽槽口条板隔墙强度比为1:1.07,槽口形状对条板隔墙平面外力学性能影响较小。b)开洞尺寸越大的条板隔墙其强度就越低,建立的不同开洞尺寸的条板隔墙模型强度比为1:0.92:0.31:0.06。c)高度相同的条板隔墙,随着宽度增加,两侧主体结构的约束作用减弱,隔墙刚度逐渐减小,三个模型位移最大处均位于条板隔墙中部。d)针对条板隔墙不同开洞尺寸可以选择不同的加固构造措施,小洞口处直接切割,中洞口在底部设置混凝土压梁,对于大尺寸洞口洞口处设混凝土构造柱与压梁可以显著提高开洞条板隔墙的平面外抗震性能。(6)总结试验和数值计算结果,给出拼接条板隔墙平面外抗震性能数值模拟建模方法。给出了提高条板隔墙拼缝施工质量、洞口处设置混凝土压梁等工程应用建议。本文有图74幅,表21个,参考文献81篇。