玄武岩纤维网格轻质抗震墙性能及加固计算方法研究

针对当前砖混结构抗震加固的两难处境，提出并研究一种玄武岩纤维网格轻质抗震墙（BFRPB-SW），该墙由玄武岩纤维网格块（BFRPB）组砌而成，具有刚度稳定、强度高和延性好等良好力学性能及其他若干优点，特别适用于刚度分布不均匀在役砖混结构的抗震能力快速加固。本项目拟通过理论推导、数值分析和试验研究相结合的路线对BFRPB-SW受力性能关键问题开展研究。从BFRPB单元构型优化、单元间界面处理方式优化、BFRP导轨优化三方面提高BFRPB-SW力学性能；在建立BFRPB单元力学模型、界面弹簧单元力学模型的基础上，建立BFRPB-SW墙元力学模型，推导其抗侧刚度及承载力计算方法；研究BFRPB-SW墙体的拟动力特性和恢复力模型，建立BFRPB-SW和被加固部分的刚度比与内力分配的关系，确定加固基本原则和加固计算方法。本项目研究有助于为我国建筑物抗震加固提供新方法。

项目针对砖混结构、框架结构快速抗震加固的需求，提出了两种网格轻质抗震墙形式：一种由预制的玄武岩纤维网格块现场组砌而成，网格块为采用玄武岩纤维及热固性树脂制成的标准化部件；一种是由预制的玄武岩纤维空间网格/钢板增强混凝土单杆斜向拼接而成的斜交网格抗震墙。研究结果表明，斜交网格抗震墙在强度、刚度和工艺可行性方面均优于第一种形式的墙体。研究共分三个层次：网格墙基本单元构型及纤维复合材网格制品的模具开发，斜交网格轻质墙十字形四杆拼接单元的基本性能研究、斜交网格轻质墙抗震性能试验及刚度计算方法研究。项目首先探讨了FRP网格块、FRP蜂窝墙板、FRP空间网格的构型，自主研发了FRP蜂窝墙板的一体化成型模具和FRP空间网格的一体化成型模具，后者通过设计双向螺纹丝杆、限位丝杆、限位螺母等构件，调节双向螺纹丝杆及限位丝杆改变槽道杆的相对位置，可生产不同尺寸的FRP空间网格，且模具的设计充分考虑了可拆卸性和重复使用性。项目采用该模具成功制备出了批量的性能良好的FRP空间网格，然后采用所制备的FRP空间网格作为约束增强混凝土单杆，进行了十字形四杆拼接单元的拉压循环加载试验。相比无约束增强的混凝土单杆以及绑扎FRP筋笼约束增强的混凝土单杆，FRP空间网格约束增强的混凝土单杆在承载力和延性等方面的综合性能最优越，同时还具有制作标准化程度高、服役期内防火性能好等优点。项目进行了一榀斜交网格轻质墙的抗震性能试验，试验和理论模拟结果表明，斜交网格对既有框架的刚度和承载力的提高效果显著，且刚度稳定可设计，但因为节点区螺栓施工过程中存在缺陷，导致节点区提前破坏，未能得到墙体的完整的耗能曲线。在数值模拟的基础上，提出了刚度和承载力优化目标，推导了斜交网格轻质墙的整体抗侧刚度计算公式。项目共申请国际发明专利2项，国家发明专利2项和实用新型专利2项，获得授权发明专利1项和实用新型专利1项，发表论文14篇，其中SCI收录论文1篇，EI收录论文8篇。项目负责人于2011年获得教育部科技进步一等奖1项（排名6）。