摘 要

装配式混凝土结构是实现建筑工业化和住宅产业化的重要方式，随着我国经济快速发展，国家加速了对装配式建筑建设的推进，装配式混凝土结构的发展方兴未艾。本文以全螺栓连接装配式混凝土结构（Total Bolt Connection Prefabricated Concrete Structure，BPC）为对象，在前期试验的基础上，对这种结构体系的剪力墙进行了理论分析和数值模拟，研究螺栓连接PC墙体抗震承载力的计算方法，以促进BPC结构的推广。主要结论如下：

（1）根据试验和有限元分析结果，得到剪力墙受力最不利位置及受力特征。在水平荷载作用下，破坏主要出现在墙体水平接缝和竖向接缝螺栓连接节点处，而墙身不会出现明显破坏。底部接缝最不利节点螺栓主要承受拉力，竖向接缝最不利节点螺栓主要承受剪力，拉力可以忽略不计。提出了剪力墙抗震承载力的验算思路，为了保证剪力墙在弹性阶段不出现破坏，提出了最不利节点需验算的内容。

（2）利用有限元软件ABAQUS建立了由不同数量1200mm宽标准墙板组成的单层剪力墙模型，采用多元回归分析方法拟合出水平接缝最不利节点螺栓轴力与剪力墙所受水平力和轴压力的关系；并根据规律拟合出竖向接缝最不利节点螺栓剪力与剪力墙所受水平力和轴压力的关系。

（3）参考现行规范提出了最不利节点承载力的计算公式，并用ABAQUS建立节点的精细化模型，理论计算结果与有限元结果吻合较好，说明了理论公式的可行性。

（4）将最不利节点螺栓内力拟合公式和验算方法应用于工程实际，具体说明剪力墙抗震承载力验算过程。

关键词：BPC结构；螺栓连接；剪力墙；节点承载力；计算方法；有限元分析

Abstract

Prefabricated concrete structure is an important way to realize industrialization of building and housing industrialization. With the rapid development of economy in our country, the government has accelerated the advancement of prefabricated building construction, and the development of fabricated concrete structure is in full swing. In this paper, the Bolt Connection Prefabricated Concrete Structure (BPC) is used as the object. Based on the previous experiment, the shear wall of this structural system is theoretically analyzed and numerically simulated to research the seismic calculation method of bolted connection PC walls in order to promote the the application of BPC structure. The main conclusions are as follows:

(1) According to the results of the test and finite element analysis, the most unfavorable position and force characteristics of the shear wall are obtained. Under the action of horizontal load, the damage occurs mainly at the bolt connection joints of horizontal and vertical seams , and there is no significant damage of the rest of the wall. The bolts of the most unfavorable joint at the bottom seam are mainly subjected to axial force, and the bolts of the most unfavorable joints at the vertical seam are mainly subjected to shear force, and the axial force can be neglected. The idea of ​​evaluating the seismic bearing capacity of the shear wall is proposed. In order to ensure that the shear wall does not appear to be damaged in the elastic stage, the contents of the most unfavorable bolted connection joints need to be verified.

(2) The finite element software ABAQUS is used to establish a shear wall model composed of different numbers of wall panels. And the multiple regression analysis method is used to fit the relationship between the axial force of bolts and the horizontal force and the axial pressure at the most unfavorable joint of the bottom horizontal seam as the relationship between the bolt shear force and the horizontal force and the axial pressure of the most unfavorable joints of the vertical seam is fitted according to the regularity .

(3) The calculation formulas of the most unfavorable joint bearing capacity are proposed by referring to the current standard, and a refined model of the joint is established using ABAQUS. The theoretical calculation results are in good agreement with the finite element results, illustrating the feasibility of the theoretical formulas.

(4) Apply the fitting formulas of the bolts’ internal force and checking method of the most unfavorable joints to an actual project, and specify the verification process of the shear capacity of the shear wall.

Key words: BPC structure; bolted connection; shear wall; joint bearing capacity; calculation method; finite element analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1选题背景及意义 1

1.2 国内外预制混凝土剪力墙连接方法综述 2

1.2.1 湿连接 2

1.2.2 干连接 4

1.3 国内外预制混凝土剪力墙结构研究现状 6

1.3.1 国外预制混凝土剪力墙结构研究现状 6

1.3.2 国内预制混凝土剪力墙结研究现状 9

1.4 本文研究目的及内容 10

1.4.1 研究目的 10

1.4.2 研究内容 11

第2章 BPC结构及试验研究简述 12

2.1 BPC结构介绍 12

2.2 剪力墙低周往复加载试验 18

2.2.1 试验现象 18

2.2.2 典型破坏特征 20

2.4 本章小结 22

第3章 PC墙体连接节点螺栓内力有限元分析 24

3.1 螺栓连接PC墙体抗震承载力验算思路 24

3.2 有限元建模方法 25

3.2.1 创建部件 25

3.2.2 材料本构关系 25

3.2.3 单元类型和网格划分 28

3.2.4 边界条件及相互作用 29

3.2.5 分析步及加载方式 30

3.3 有限元结果分析 31

3.3.1 墙板接缝连接节点螺栓受力分析 32

3.3.2 最不利位置螺栓受力特征 37

3.3.3 公式拟合 39

3.4 本章小结 43

第4章 螺栓连接PC墙体节点验算方法 44

4.1 节点混凝土抗冲切承载力及局部受压承载力验算 44

4.1.1 混凝土抗冲切承载力验算 44

4.1.2 混凝土局部受压承载力验算 45

4.2 节点螺栓承载力验算 47

4.2.1 螺栓抗剪承载力验算 47

4.2.2 螺栓抗拉抗剪承载力验算 47

4.3 基于数值模型的节点验算方法验证 47

4.3.1 剪力墙底部水平接缝连接节点有限元分析 48

4.3.2 剪力墙竖向接缝连接节点有限元分析 52

4.4 本章小结 57

第5章 工程实例 58

5.1 工程概况 58

5.2 地震作用计算 60

5.2.1 计算单元选取 60

5.2.2 恒荷载标准值计算 62

5.2.3 活荷载标准值计算 63

5.2.4 重力荷载代表值的计算 64

5.2.5 水平地震作用计算（底部剪力法） 65

5.3 剪力墙抗震承载力验算 66

5.3.1 最不利节点螺栓内力计算 66

5.3.2 节点承载力验算 67

5.4 本章小结 68

第6章 结论与展望 69

6.1 结论 69

6.2 展望 70

参考文献 71

致谢 75

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

装配式混凝土结构，是指结构的构件在工厂预制而成，经现场安装、预制构件连接处现浇而成的混凝土结构[^[1]]。与现浇混凝土结构相比，装配式混凝土结构具有现场湿作业少、能源消耗少、施工速度快、质量易控制，施工现场环境好、混凝土收缩裂缝少等优点[^[2]]。因此，装配式混凝土结构的推广应用有利于促进我国住宅产业化和建筑节能减排的发展，对建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。欧美等发达国家在20世纪40年代后期便逐步重视推广装配式建筑，目前已形成了较为成熟的技术体系，并颁布了相关装配式混凝土结构技术规程[^[3]]。而我国装配式结构的研究起步较晚，并且由于装配式构件节点连接薄弱、节点可靠性不强、结构整体性差，装配式结构的发展受到了限制[^[4]]。近年来，随着我国建筑节能和绿色建筑发展的要求，装配式结构以其突出优点逐步受到人们的重视，其研究应用也日渐升温。

2006年7月，建设部出台《关于进一步加强建筑业技术创新工作的意见》，提出要引导和推动建筑业走新型工业化道路，大力发展整体装配式结构技术。2016年9月，国务院办公厅出台《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，意见指出要大力发展装配式混凝土建筑和钢结构建筑，争取在10年之内，使装配式建筑的比例达到新建建筑面积的30%。2017年3月，《“十三五”装配式建筑行动方案》提出，到2020年，全国装配式建筑的比例达到新建建筑的15%以上。在国家政策大力扶持下，我国的装配式混凝土结构得到了前所未有的发展，而装配式混凝土剪力墙结构无疑是推动我国住宅产业化发展的重要结构体系。