装配式剪力墙齿槽式连接节点破坏机理与抗震性能研究

Tooth-grooved connection is a new type connection mode for prefabricated shear wall. Compared with the current connection mode, the Tooth-grooved connection is more convenient and lower cost. According to the result of early experimental study and numerical analysis, which is conducted by the applicant, it shows that the failure pattern, seismic ductility and bearing capacity of the precast wall specimens are similar to the cast-in-place wall specimens under quasi static loading. Currently, prefabricated shear wall bearing capacity calculation methods with domestic specifications are mainly matching the grout sleeve splicing. Further research is necessary for prefabricated shear wall with Tooth-grooved connection node to meet practical requirements, and it could involving engineering economics and structural reliability.The applicant is planning to conduct a method which combined theoretical analysis, numerical simulation and experimental investigations, to make a systematic study for the influence factors of shear bearing capacity, such as interfacial bonds and friction characteristics between the new and old concretes, dowel action of vertical distribution-bar and cumulated damage of concrete. Development of plastic zones and formation mechanism of compression strut in alveolar area will be studied, and relationship between various factors will be analyzed through truss model. The research will be conducted for the influence of lap length of vertical distributed reinforcements in the alveolar area on the bond-slip properties, as well as the influence on flexural capacity of connection and section ductility. Systematic formulas of bearing capacity will be established and key seismic design parameters will be identified to improve the theoretical foundation of prefabricated structures.

装配式剪力墙齿槽式连接是一种新型装配式剪力墙连接方式，与目前采用的装配式剪力墙连接方式相比，施工便捷、造价较低。根据申请人早期试验研究与数值分析结果，在拟静力荷载作用下，齿槽式连接装配式剪力墙试件的破坏形态、抗震延性及承载能力与现浇剪力墙试件接近。目前国内规范对装配式剪力墙结构承载力计算方法主要对应套筒灌浆连接方式，进一步研究装配式剪力墙结构齿槽式连接节点符合实际要求，且兼顾工程经济性与结构可靠性。申请人拟采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，系统研究齿槽式连接区域新旧混凝土界面粘结摩擦特性、竖向钢筋的销栓作用、混凝土累积损伤等因素对节点抗剪承载力和破坏模式的影响，研究齿槽区域塑性区开展及斜压杆形成的机理，用桁架模型分析各因素间的关系；研究该区域竖向分布钢筋搭接长度对粘结滑移特性、节点抗弯承载力和截面延性的影响；建立系统的承载力计算公式，提出抗震设计关键参数，完善装配式结构理论。

预制混凝土剪力墙结构广泛应用于多高层建筑中，是我国住宅产业化发展的研究重点。装配式剪力墙结构连接节点是墙体的薄弱环节，节点在地震作用下的强度、刚度和延性直接关系到整体结构的整体性、稳定性和抗震性能。齿槽式连接是一种新型预制混凝土剪力墙连接方式，该连接方式受力明确，构造简单，施工质量可控。与现有的装配式剪力墙采用套筒灌浆连接和浆锚搭接连接相比，齿槽式连接装配式剪力墙兼顾结构性能、经济性和施工效率，符合我国国情，具有推广价值。本项目通过试验研究、数值模拟和理论分析的方法，对装配式剪力墙齿槽式连接节点破坏机理与抗震性能进行了系统的研究。完成的主要工作和成果包括：1）分析了齿槽式连接装配式剪力墙的抗震性能。进行了1个大齿槽楔形节点连接的预制剪力墙试件和3个复合齿槽U型筋搭接连接预制剪力墙试件和2个现浇剪力墙试件的拟静力试验，研究了各试件的破坏机理和滞回特性、承载力、延性、刚度退化等抗震性能关键参数。2）分析了齿槽式连接装配式剪力墙的抗剪性能和受剪机理。通过8个小齿槽式连接剪力墙试件的单向推覆试验，研究了齿槽形式、齿槽长度占墙肢长度比例、轴压比等因素对齿槽式连接装配式剪力墙连接节点破坏机理和受剪性能的影响，对比分析了各试件破坏过程、破坏形态、裂缝发展情况等。基于试验结果，提出了考虑对角线区域混凝土斜压杆作用、非对角线区域齿槽内混凝土斜压杆作用、齿槽接缝压力摩擦作用、竖向结合筋销栓作用、墙端暗柱作用和轴压力影响的受剪承载力公式。3）分析了齿槽式连接装配式剪力墙的抗弯性能。在试验研究的基础上，验证了采用我国现行规范公式计算复合齿槽U型筋搭接连接装配式剪力墙压弯承载力的可靠性。 4）建立了齿槽式连接装配式剪力墙精细化有限元模型，进行了系统的参数分析。建立了高效精确有限元建模方法和合理的复杂接触关系处理方法。5）研究了装配式剪力墙齿槽式连接节点的受力机理。对16个采用U型筋搭接连接的上下预制墙体进行了轴拉试验研究，研究了U型筋直径、搭接长度、水平插筋直径和U型筋位置对连接区域钢筋传力性能的影响。此外，开展了3个配有X型斜筋连接剪力墙试件和1个现浇剪力墙试件的拟静力试验。研究了后浇接缝高度对预制试件抗震性能的影响规律，并与现浇试件进行了对比分析。