来源：BOB 发布时间：2025-08-08 00:35:28
文提出的连接技术属于钢筋直接连接，纵向钢筋可以直接传力，而且施工容错大，
住宅在欧洲、美国、日本、新加坡等一些发达国家的预制装配率都在70％以上，
耗，节能环保及不易受气候环境的影响，有良好的发展前途2-3】。在工业厂房内
历程，人民生活水平明显提高【5】。预计到2030年，社会的老龄化比例加重【6】，因
计，全国共有近16万个老旧住宅区，涉及4200多万户，建筑面积约40亿平方
米，加装电梯的潜在需求量接近200万部。由于各种历史原因，大量建于20世
市居家养老成为主流，老年人出行困难【7】。因此，电梯产品在既有建筑中的应用
老住宅区逐步实施。如图1．2(a)所示，传统的现浇预制混凝土加装电梯产品在安
基于我国大力推行建筑工业化以及养老产业高质量发展的政策背景下，如图1．2(b)
【。】。因此，针对套筒灌浆连接所带来的缺点问题，本文提出了一种波纹管通孔钢
统现浇混凝土施工方法更有效、经济和美观[10]。剪切墙结构已大范围的应用于高层建
构近年来得到了快速的发展和广泛的应用【11．15】。据地震的震害破坏调查表明：预
靠的节点连接方式更是保证整个装配式剪力墙结构抗震能力的关键【16】。迄今为
Min掣17】研究了采用灌浆套筒连接的预制短肢剪力墙的抗震能力，通过低周
Peng等【181研究了纵向钢筋的砂浆一套筒连接的预制混凝土剪力墙的循环性
Cao等[19】研究了灌浆缺陷对预制混凝土剪力墙框架结构的抗震能力的影响，
25％时，就不再符合抗震设计的要求，因此在施工现场应注意控制灌浆缺陷的发
Yang等【21】研究了套筒灌浆缺陷的预制混凝土剪力墙的抗震能力，设计了4
Brenes等人通过研究波纹管材料和钢筋的嵌入深度，发现其对金属波纹管灌
浆搭接的锚固强度具有影响E251。Alias等人发现拔出试验可拿来研究金属波纹
管灌浆搭接的锚固和粘结性能【掏，根据结果得出其性能主要根据锚固长度和钢筋粘
并增加灌浆料与钢筋之间的粘合强度[27]。Zhi等[28】研究了两种类型波纹管浆锚搭
好的结构行为，这种预制连接可以模仿现浇连接。Zhi肿【29】研究了通过置于灌浆
单的方法。然而，这种连接方式依然存在以下问题：(1)波纹管连接一般设计为
剪力墙内的单片连接或双片连接，而不是剪力墙之间的连接；(2)大多数的循环
加载试验都是提出并分析低轴压比下(通常情况不会超过0．2)金属波纹管灌浆
待研究，因为高轴向压缩通常会导致较早的结构失效和较低的变形能力；(3)由
作。例如，钱稼茹等【，o-3l】研究了采用套筒灌浆连接的装配式剪力墙整体结构进行
了抗震性能的静力与动力分析，根据结果得出，其整体效果满足抗震三水准设防目标，
余琼等【321研究了不同种钢筋接头套筒灌浆搭接的预制剪力墙抗震能力研究，
肖JiN等【34】制作了4片套筒灌浆连接预制剪力墙和1片无缺陷套筒灌浆连接预
行拟静力试验，试验根据结果得出，带缺陷套筒灌浆连接预制剪力墙的正向峰值荷载、
钱稼茹等【35】制作了4个套筒浆锚连接预制剪力墙和1个现浇剪力墙，并进行
陈云钢等【361和刘家彬等【37】研究了采用金属波纹管浆锚搭接的预制剪力墙抗
接【38】，且该连接在发达国家中应用较为成熟[39-421。然而实际应用中，套筒灌浆连
英国、德国、芬兰和瑞士，也都进行了旧房子的改造和重建【删。在一些发达国家，
配备2部电梯[46】。以瑞典为例，1983年启动了一项为期lO年的政府计划，对大
约30万套公寓进行修理、改造和更新，并为两层以上的楼层提供了电梯【47】。在
1997年的美国，要求超过4层的住宅电梯能够容纳担架。1999年，美国国家建
筑标准对超过2层或3层的住宅电梯应能容纳担架提出了更严格的要求148】。在日
本和苏联，只有6层以上的住宅才需要电梯。2004年，新加坡政府投资约50亿
元翻修现有老房子和加装电梯，居民出资费用较少【45】。在芬兰，加装电梯的费用
目前，国内一些学者对加装电梯的结构可以进行了不同的研究和分析。向容等ls0】
有结构的影响较小；鹿德瑶【5l】利用有限元法建立分析模型，对冷弯薄壁型钢框架
构的抗震能力。陈俊颖【52】采用MidasGen软件分析了钢框架电梯井道结构的抗震
为了更好地了解既有建筑与加装电梯的结构设计问题，熊海丰等153】提出一种
加装电梯与既有建筑“弱连接”的节点构造，即适当放宽设计指标，通过承载力和
变形验算检查电梯井架。邓康年等【5。】研究了加装电梯和既有建筑结构的问题，分
化方案。杨春划ss】利用模型计算对钢结构电梯井道进行了设计和分析，结果表明，
来了同样的问题，因此装配式电梯井道结构及形式逐渐展露尖角。董有【57】分析了采
经济效益和现实意义。王旭东【581和徐耀东【s9J等提出了模块化电梯井技术，即模
维构件生产困难的问题，提高生产效率，减少现场作业时间。刘立新等160】利用
ANSYS有限元分析软件对快装式钢结构电梯井道进行了数值模拟分析，分析结
接方式应稳定牢固、以确保安全。张亚飞等6t】对模块化预制混凝土加装电梯井道
筋直接连接的预制剪力墙连接技术，其连接构造示意图如图1．3所示，分别由金
道的墙体之间的连接中，其电梯井道结构平面示意图如图1．4所示。即在工厂将
目前装配式建筑结构中的预制构件之间的连接多采用套筒灌浆连接[62J，且该
连接在发达国家中应用较为成熟[63-67】。然而实际应用中，套筒灌浆连接连接技术
(编号为PCW一6．1)和8根波纹管(编号为PCW．8)，其中为研究墙身中间段
PCW．6．1试件墙身中间段波纹管内3根纵筋分别在1／3、1／2和2／3处进行了截断。
试件的宽厚比(w／t)为8．57大于8，为非短肢剪力墙。所有试件的主要设计参
和(c)所示，每个试件均由基础梁、剪力墙墙身和项部加载梁等三部分所组成。CW、
PCW．6—1和PCW一8试件的墙身内受力钢筋均采用设计屈服强度为360
筋和PCW．8试件波纹管内放置了8根直径为12mm钢筋。根据各试件总的受力
注：石。为现浇混凝土的平均抗住压力的强度；五。．k为灌浆料的平均抗住压力的强度；P。为总截面
具体的制作步骤包括：(1)先把贴好的应变片的钢筋插入波纹管；(2)在波纹
灌浆料。HQS华千素灌浆料由P．O42．5普通硅酸盐水泥、粗中细级配混合砂、
HQS．A华千素及水拌制而成，其质量配合比见表2．2所示。C30级混凝土浇筑
学参数如表2．3和2．4所示，试验测试装置如图2．2所示。根据《金属材料拉伸
注：对于C30混凝土，fck=0．88Qclc【。蕊。，对C50及以下普通混凝+ct。1取0．76，0【。2取1．0。
移动。测试装置包含水平和垂直加载系统组成，由一个2000kN量程的水平液压
千斤顶施加横向加载和一个2000kN量程的液压千斤顶施加竖向加载组成。剪力
墙的设计轴压比是0．3，它们的轴向压力约为860kN。在试验过程中，千斤顶的
水平位移由MTS作动器内数据采集器进行采集，并由位移计LVDTl进行复核
10kN，直到用肉眼发现开裂裂缝。第二阶段是在确定开裂荷载后开始，并通过
0．5mm／s。在加载过程中，当水平荷载下降到水平峰值荷载的85％以下或者构件
变和墙身底端50mm处波纹管纵筋应变。墙体的位移计和应变片布置示意图见图
范围内墙体的剪切位移。试件的应变片布置如图2．7(b)所示，测量不同高度墙身
中波纹管内竖向纵筋的应变。由于底部为最大的弯曲截面，在底部处布置应变片，
50mm处每根波纹管内钢筋麻变，其余构件与图2．7fb)布置示意图相同。
荷下的局部变形行为。试件的破坏形态如图3．1、3．2和3．3所示，表3．1列出了
如图3．1所示，对于试件来说，当位移比小于0．34％时，试件无裂缝产生。
当位移比约为0．34％时，现浇试件在墙身底部与基础梁交界面的位置和距离墙底
300mm高的位置均出现了宽度为0．02mm的裂缝，并缓慢延伸。当位移比增加
部墙身左右侧300mm处出现第一条水平裂缝并开始延伸，同时两端的水平裂缝
不断的斜向下发展。当位移比增加到大约0．86％时，右下角墙脚的混凝土开始剥
落，随着荷载的持续不断的增加，墙身处的裂缝逐渐呈斜向下延伸，在反复荷载作用下，
位移角的增大，试件所达到的最大荷载为556kN。当位移比增加到大约1．2％时，
左侧墙身距离底部约370mm高的位置，出现一条长度大致为350ram的新水平
如图3．2所示，对于PCW一6．1试件来说，当位移LLd,于0．34％时，试件无裂
缝产生。当位移比约为0．34％时，墙体底部两侧慢慢的出现第一条水平裂缝，随之
墙身上端330mm处出现第一条较短向水平裂缝，第一条裂缝宽度扩大至0．1mm。
当位移比增加到约为0．51％时，在距离墙身底部600mm高的位置，出现了一条
处开始产生60度～75度竖向交叉斜向短裂缝。当位移比增加到约为0．86％时，
缝继续向下发展，开始形成“X”形交叉。随着位移角的增大，试件所达到的最大
荷载为569kN。可以从表3．1中看出，波纹管与混凝土间产生的摩擦可以消耗地
1．2％时，墙身距离底部860mm处又出现一条倾斜角度为25度的阶梯形裂缝，
对于PCW．8来说，位移比约为0．34％时，墙体左侧底部与基础地梁处出现
一条水平裂缝，并在墙身300mm长的位置向上倾斜，另一条裂缝出现在距离墙
体底部960mm高的位置，同时中间位置与左边的裂缝相连形成贯穿裂缝。在加
载到0．51％位移角时，左侧墙体底部已然浮现劈裂情况，导致混凝土脱落，右侧
墙体底部同样产生混凝土轻微剥落的现象。到达0．69％的位移角时，试件所达到
的最大荷载为539kN，墙体中间从上到下已经产生大量短斜裂缝，并且往复荷载
导致的短斜裂缝开始相互交错。随着位移比加载至1．03％，墙体上的裂缝会进一
碎，墙身两侧出现较多的弯曲．剪切裂缝，PCW系列试件墙身中部沿波纹管处产
CW试件在弯曲时的初始开裂荷载为150kN。当载荷达到460kN时，出现第
平裂缝，宽度为0．02mm。裂缝的分布相当均匀，发展较稀疏。塑性铰链区的混
在180kN的载荷下，PCW．6—1试件墙身表面距离底部500mm高度处出现
裂缝。当荷载达到473kN时，在距离底部600mm的高度处产生宽度为0．02mm
新的弯曲剪切裂纹是由现有的弯曲裂纹发展而来的。PCW．6．1试件破坏时，试件
底部混凝土严重脱落并出箍筋和波纹管。当位移角加载到0．17％时，墙身底
0．02mm。当位移比加载到1．02％时，弯曲裂缝宽度由原本的O．02mm增大到
当荷载达到170kN时，PCW一8试件墙身表面发生开裂。当荷载达到446kN
时，在距离底部370mm的高度出现了第一个宽度为0．02mm的弯曲剪切裂缝。
试件破坏是由混凝土破碎造成的。然而，与其他试件不同的是，PCW．8试件最
终破坏时的位移比仅加载至0．99％，这一结果可能与混凝土过早破碎和金属波纹
管过早暴露，在反复的压力和张力下开裂有关。此外，PCW一8试件的承载能力
在不断的往复荷载作用下，如图3．3(b)和(c)所示，剪切裂缝的发展及交叉剪
如图3．3(d)所示，试件加载完成后，可以观察到PCW系列试件破坏时内部
PCW系列各试件墙身中间处均产生短向交叉斜裂缝，是因为PCW系列试件裂
大的过程中与接触面错动出现大量短向斜裂缝，形成“X”型交叉短斜裂缝，导致
注：4，为屈服位移：Fy为屈服荷载；rp为峰值荷载：4。为峰值荷载下降到85％时
载高度，即O．=A／h。延性系数Ⅳ为位移延性定义为极限位移与屈服位移之比，即
蓝色粗线表示试件的骨架曲线。分析各试件的滞回曲线所示，CW现浇试件与PCW系列试件在位移比小于0．17％时，
位于加载初期阶段，墙顶水平位移较小，各试件的滞回环面积较小，接近于直线，
均处于弹性阶段，墙身表面未产生混凝土开裂。在位移比0．34％至1．02％的时，
塑性变形，由此各试件进入屈服阶段。有必要注意一下的是，当位移比大于1．02％时，
PCW．6．1试件的骨架曲线斜率相对CW构件下降变缓慢了，说明在加载后期，
试件破坏时，CW现浇试件与PCW系列试件位移比达到了1．2％，墙底两侧混凝
具有不屈曲和延性好的优点，即使PCW．8试件最终加载位移小于其他试件，但
都表现出较好的延性。如图3．4(a)、(b)所示，在加载后期，由于PCW．8试
小，因此，在破坏时，PCW一8试件下降斜率较快与CW试件基本一致。如图3．4
度、刚度、延性等体现了趋势特征。图3．5为各试件的骨架曲线，对比分析可知：
走向平稳，各试件开始产生裂缝并逐渐发展扩大，此时各试件迈向了弹塑性阶段；
PCW一6—1试件的峰值荷载是墙体两端纵筋直径为12的PCW一8试件的峰值荷载的
1．05倍，对比PCW．8试件与PCW一6—1试件可知，墙体两端波纹管内布置大直径
试件峰值荷载的提高有一定的影响，能够正常的看到PCW一8试件骨架曲线的下降段斜
者材料的不均匀性导致的离散性，因此在第四章4．4参数拓展分析中对波纹管两
端直径大小分布做了进一步研究探讨此结论。造成PCW．8试件变形较小的原因
(3)墙身中间段波纹管内断开钢筋对PCW．6．1试件的峰值承载力并未有影
3．6。如图3．6(a)和(b)所示，墙体底部纵筋应变最大，底部纵筋首先进入屈服状
试件在达到峰值荷载时，纵筋应变均达到屈服状态。PCW-6．1构件在墙身高度
400mm处纵筋未屈服，从始至终保持弹性过程，与试验所得结果一致，PCW-8试件
图3．6(c)、(d)给出了PCW．6—1构件墙身水平处最外侧和中间侧波纹管内纵筋
底部50mm处的应变，能够准确的看出最外侧纵筋在破坏前有明显屈服。然而，中间侧
由外往里逐步压溃，保护层剥落，压至波纹管外侧，试验中发现波纹管并未压屈。
终提高了试件的初始刚度。从图3．7能够准确的看出，PCW-8试件在加载后期的刚度低
在地震往复作用下，结构逐渐进入弹塑性变化过程，耗能ta日匕I,．-,力是指在其过程
其中，n1是每个水平位移的重复周期数；n2是对应于破坏位移的数字；历。是第
图3．8描述了累积耗散能量Es。。【7l】，如图3．8所示，在位移比低于0．34％的
移的增加而非线性地增加。在极限水平位移，PCW-6．1和PCW-8试件的累积能
图3．9描述了不同试件的等效粘滞阻尼系数h。随加载位移变化的关系曲线章波纹管通孔灌浆剪力墙抗震能力试验结果及分析
延性系数∥(p=AulAy)是评价构件塑性变形能的一个重要指标，它是指在地
坏，有一定的缓冲作用，有较好的延性【72l。对于建筑物来说，延性是建筑结构中
限位移值A。(极限层间位移角0。)和延性。极限荷载值凡定义为峰值荷载下降
到85％时相对应的荷载，极限层间位移角定义为最大水平位移除以试件的加载高
几何作图法：如图3．10所示，△。为试件的荷载下降到最大荷载的85％时相
件的延性。在高轴压力下，PCW-8的极限层间位移比为O．0099rad大于《建筑抗
震设计规范》1751所规定的1／120的极限值，表现出了良好的延性。采用波纹管通
孔钢筋直接连接PCW一6．1和PCW．8试件的延性系数分别是CW试件的1．39倍
和1．24，说明PCW系列试件拥有良好的变形能力，根本原因在于内置波纹管能
荷载试验，主要分析了各试件的破坏模式、裂缝发展状态、滞回曲线、骨架曲线、
件。ABAQUS针对工程问题的复杂性为用户更好的提供了多种单元类型和材料模型．以
便使数值模型建立更贴近实际工程。ABAQUS是一款从知名度、应用领域、性
够很好解决实际工程中复杂及高度的非线性问题，相比有限分分析软件ANASY
应用，可以模拟金属、钢筋混凝土、岩石、橡胶等多种地质材料【77】。对于不同类
和ABAQUS／Explicit，大多数都用在隐式线性和非线性分析、显式动力分析、求解过
力学问题，特别是用于模拟冲击和其他高度不连续事件。ABAQOS操作界面简单，
ABAQUS／Standard分析模块。并与试验结果做验证分析，验证其滞回曲线和
型【ll。其中弥散裂缝模型适用于模拟承受单调加载的构件，脆性开裂模型主要适
用于受拉伸裂缝控制的材料，损伤塑性模型(CDP模型)则能够越来越好的模拟构件在
单调和低周往复加载下的力学性fl邑i80]。因此本文混凝土本构模型采用塑性损伤模
(GB50010．2010)【70】附录C中所给出的受拉、受压本构关系公式，其计算式如
浙江沿海山地丘陵地区低矮乡村建筑群风环境研究--以奉化黄贤村为例.pdf
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