[摘要] 第 1 章 绪论1 1 课题研究背纵观人类社会的发展历程，住宅问
第 1 章 绪论
1.1 课题研究背
纵观人类社会的发展历程，住宅问题对于实现人的基本权利，提高生活质量，保障社会秩序和安全，促进社会经济发展，都有重要作用。另外，住宅作为人类重要的生活资料，除了满足居住的基本需求外，越来越多的承载着家庭生活、社会交往和财富储备的功能。随着住宅由社会福利品转变为社会消费品之后，住宅建设在国家基本建设中的比重商品越来越大，进入二十一世纪后，住宅投资已占到房地产投资的 70%以上。由此可见，住宅建设在已经在全球范围内成为最为重要的建筑生产活动之一。
随着我国城市化进程的不断推进，我国的建筑耗能逐年大幅度上升，已达总能源消耗量的 45%。目前我国现有建筑绝大部分为高耗能建筑，且每年新建建筑的95%为高耗能建筑，庞大的建筑耗能，已经成为我国经济快速发展的巨大负担。因此建筑业全面深化的绿色节能改革势在必行，建筑节能行动有利于促进能源资源节约和合理利用，符合我国经济社会的可持续发展的基本国策。
伴随着资源和能源的过度消耗导致的紧缺，传统施工现场和施工技术带来的高强度体力劳动和高危险性作业方式给现场施工人员以极大的身体伤害以及“用工荒”现象的出现，表明以往建筑业高耗能，劳动密集型的生产方式已经与低碳，环保的时代主题格格不入，至此，“住宅产业化”的概念应运而生，旨在解决快速而又节能、安全地建造高品质的住宅。“住宅产业化”这个概念最早由日本专家于 1968年提出，发展至今已经形成以结构体系工业化、结构部品通用化为本，通过住宅结构标准化的设计加之以现代科学化的组织管理形式，将住宅产业化系统整合为一个包含开发、设计、生产、组装、管理等环节的完善系统，从而将住宅产业化事业发展成为生产、供给、销售和服务一体化的生产组织形式。
1.2 国内外预制装配式结构的应用及研究状况
1.2.1 国外发展概况
预制混凝土起源于 19 世纪的欧洲，首项预制混凝土专利于 1875 年在英国提出。1878 年第一个采用预制混凝土结构体系的建筑是由英国工程师建造并展现于巴黎博览会，在当时引起了极大的反响，随后预制混凝土技术传到法国、比利时、德国等西欧国家；二十世纪初，预制混凝土技术传到美国。很快预制混凝土技术在当时欧美传统工业强国得到飞速发展。
第二次世界大战以后，百废待兴的欧洲各国为重建城市和恢复生产进行了大量的建筑活动，工业化模式生产的预制混凝土的应用解决了当时劳动力缺失的普遍现象。从而促使预制混凝土技术得到了更深远的发展和改善。在此阶段，预制混凝土技术及结构体系已经应用于大多数建筑领域，包括：办公楼、住宅、仓库、工业厂房、公共建筑、体育场馆等。1973 年第一次世界石油危机后，由于之前大规模的建设，住宅数量不足的情况得以改善，此阶段预制混凝土的应用发展主要体现在新材料的使用。为迎合高层建筑的应用和防灾减灾事业的发展，进行了大量的钢与混凝土预制组合结构体系，预制混凝土结构抗震性能的研究工作。到 20世纪末，随着相关规范的相继出台预制混凝土结构已经在工业与民用建筑、桥梁道路、水工建筑等工程结构领域发挥着不可替代的作用。目前，发达国家的预制装配式混凝土结构在建筑中已占有很大的比例，美国约为38%，欧洲约为 45%，日本则超过50%。装配式混凝土结构技术规程已在日本、新西兰以及欧美各国相继颁布。美国联邦政府和城市发展部还颁布了美国工业化住宅建设和安全标准，HUD 标准，至此预制装配式混凝土结构进入标准化、规范化的发展阶段。
美国丹佛Hilton Hotel和费城大学医学研究大楼是比较早的大规模使用预制混凝土剪力墙的建筑典范，随后预制剪力墙结构体系及相关技术的应用在美国迅速开展。1997年，美国预制/预应力混凝土协会对预制混凝土剪力墙结构的设计和应用做了系统的规定，涉及设计、制作、施工各个环节。
第 2 章 U 型闭合筋连接剪力墙试件的试验
2.1试验试件的设计及制作
2.1.1 装配式剪力墙现行连接技术简要分析
现行装配式剪力墙连接技术主要分为以下几种：金属套筒灌浆连接，预留洞灌浆连接，约束浆锚搭接，机械连接等方式，近年来大量的分析研究工作已经证明目前现行的连接技术在地震作用下的承载力，刚度和耗能能力均有良好的表现，其可靠性可以应用于装配式剪力墙结构的工程实践。但是这类连接技术的推广仍旧面临以下问题：
（1）连接套筒和灌浆料需要固定的规格和特有的技术，成本较高。
（2）现场剪力墙拼接需要进行灌浆作业，对预留洞和剪力墙构件的制作精度要求较高，同时现场的吊装定位也面临一定的困难，尤其是在恶劣天气环境下，拼装作业的效率会大打折扣。
（3）节点区域复杂的构造做法是现场拼装作业对工人的技术水平提出了较高的要求，精确地吊装作业需要现场建筑工人的熟练配合，安装效率不稳定。
（4）设计难度较大且容错率较差，一旦构件尺寸出现偏差，极有可能出现构件作废，甚至造成工程停滞的现象，返厂返工提高了建造成本。
因此，针对以上连接技术推广面临的问题，设计一种新的连接方式不仅能够丰富装配式结构体系安装手段，可供今后工程实践选择，而且构造简单，传力合理能够满足在地震作用下的可靠性，将为装配式结构的广泛应用提供动力。
本文所设计采用的节点连接方案在部分保留现场湿作业的同时采用简单的钢筋构造做法完成上下剪力墙板与楼板的连接。改善了以往的连接方式成本高，精度高的情况，可以实现在工程现场的高效拼装。叠合楼板的企口设计不仅避免了各部分钢筋因位置重叠而冲突的情况发生，而且保证了预制层楼板的有效支撑，无需再进行脚手架作业，减少了现场工人的作业量。这种连接方案的设计具备指导实际工程的效果。
2.2试验的加载和量测制度
2.2.1 试验的加载装置
试验加载装置示意图如图 2-9所示。在试件的顶端施加低周期反复荷载，试验水平力由45T级美国产 MTS 电液伺服作动器施加，为方便荷载的施加和防止在加载过程中试件发生扭转，根据试件尺寸加工定制了加载使用的钢板，螺杆和螺母加以固定。试验装置的设计要尽可能模拟水平地震作用下墙体的受力状态，剪力墙在地震作用下竖向荷载仍然存在，为模拟墙体承受的竖向荷载，在试件的顶部施加均布荷载，竖向荷载由电液伺服千斤顶提供，在试件顶面与电液伺服千斤顶端头之间放置一个分配梁，以将千斤顶施加的集中荷载转化为均布荷载，在整个试验过程中竖向荷载始终保持不变。为防止试件顶端施加水平荷载时与地面出现滑动，在试件吊装就位后使用 6 根锚杆对试件加以固定，防止在加载过程中试件与地面滑移发生平移或扭转。
由于剪力墙在水平荷载作用下会发生水平位移，所以在试件顶面和分配梁之间设置滑轮支座以保证试件在产生水平位移时试件不致由于竖向荷载的作用而对水平位移产生约束，同时还可以保证当墙体产生水平位移时竖向力作用点和与墙体的相对位置不会发生变化。出于保护仪器的考虑，施加轴压的电液伺服压力机在整个试验过程中试验机与固定板始终保持平滑状态，即使试验压力机在试验过程中产生相对滑移，也不会因固定板的固定产生反向约束力而破坏仪器。
第3章 装配式剪力墙水平连接节点非线性有限元分析 ................... 32
3.1 建模类型选择 .................... 32
3.2 单元本构模型 .................... 33
第4章 有限元分析与试验结果的对比 .............. 45
4.1 试件裂缝发展对比分析 ................... 45
第5章 结论与展望 ................. 50
第 4 章 有限元分析与试验结果的对比
4.1 试件裂缝发展对比分析
SP 试件的裂缝发展图与 ZH 试件裂缝发展图如图 4-1 和 4-2 所示，两组试件的初始开裂位置均为剪力墙受拉边缘底端，与试验试件的开裂位置相同，开裂的原因都是由弯曲产生的水平裂缝，随后试件的开裂位置上移，裂缝也不断向剪力墙腹板中和轴方向延伸。随着开裂位置的上移和裂缝的发展，剪力墙面出现斜向裂缝。
SP 试件的裂缝发展与试验结果有所偏差，主要体现在由弯曲作用引起的水平裂缝沿截面向腹板发展程度不同，试验结果显示水平裂缝沿剪力墙截面发展并贯穿整个截面，有限元分析结果则显示水平裂缝延伸至剪力墙截面受压区边缘附近。造成差异的原因是有限元分析模型将剪力墙底面作为约束端，导致有限元分析过程中没有出现剪切滑移的现象，另外有限元模型的塑性铰区域较实际试验模型偏高，在计算中抑制了底部裂缝的发展。
第 5 章 结论与展望
5.1 结论
对两组 U 型闭合筋绑扎锚固连接的水平连接节点剪力墙试件和引入叠合楼板的组合连接节点剪力墙试件进行拟静力试验和有限元计算分析，得到如下结论：
（1）水平连接节点剪力墙试件和组合连接节点剪力墙试件的屈服机制和破坏机理相同，为剪力墙体的弯剪破坏。水平连接节点剪力墙试件和组合连接节点剪力墙试件的顶点水平力——位移滞回曲线比较饱满，水平连接节点表现出了更好的耗能性能，试件的极限位移角达到 1/24-1/33，满足剪力墙结构大震下的层间位移角的要求。
（2）两组试件剪力墙底部与试验台座交界处形成贯穿截面的水平通缝，剪力墙体随即出现了明显的剪切滑移现象，受滑移的影响，纵向钢筋过早屈服，使得试件刚度下降，变形增大，试件最终的破坏未出现受压区混凝土压碎的现象，混凝土良好的抗压性能未能得到有效的发挥。
（3）水平连接节点剪力墙试件的裂缝分布均匀，水平裂缝主要分布在剪力墙底部 350mm 高度范围内，在剪力墙身中部高度 500mm 的范围内，墙身裂缝出现后随即向下发展为斜裂缝，并延伸至剪力墙底部，其中剪力墙底部水平裂缝的宽度最大，为主裂缝。斜裂缝的宽度较大，剪切变形的效果明显。
（4）对于引入叠合楼板的组合连接节点剪力墙试件，裂缝主要在楼板范围以外的剪力墙体开裂发展，受楼板对试件刚度的影响，裂缝的分布明显不均。墙身斜裂缝的分布较少，裂缝宽度较小，剪力墙底部水平裂缝为主裂缝，试件由截面弯曲而产生的应力和变形为试件最终破坏的主导因素。
（5）U型闭合筋绑扎锚固的连接方式在试验过程中变现出了良好的应力传递效果，没有因锚固失效而发生滑移。加载后期钢筋应力的传递效果有所弱化，具体体现在剪力墙纵筋应力的急剧增加，随后屈服发生断裂。钢筋连接的可靠性能够满足实际工程的需要。
参考文献（略）
