畢業(yè)論文預制裝配式剪力墻結構連接的方法及受力性能研究開題報告

1、西安科技大學碩士學位論文開題報告西安科技大學碩士生學位論文開題報告研 究 生 學 號: 研 究 生 姓 名: : : 結構工程 年 級: 院 系建筑與土木工程學院 西安科技大學研究生部制年11月27日填寫預制裝配式剪力墻結構連接的方法及受力性能研究1. 選題的背景及研究的意義1.1 選題的背景裝配整體式混凝土結構是由預制混凝土構件或部件通過鋼筋，連接件或施加預應力加以連接并現(xiàn)場澆筑混凝土而形成整體的結構，又簡稱為預制裝配式結構（pc結構），屬于建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化的范疇。上世紀50年代和70年代末，全國建筑業(yè)推行標準化、工業(yè)化、發(fā)展預制構件和預制裝配建筑，興起中國第一次pc建筑高潮，但由于初

2、期技術不成熟，唐山地震中大量pc建筑遭到破壞，使人們對預制結構的應用更加保守，且當時外墻的防水防滲技術比較落后，造成其居住的質(zhì)量和使用功能較差，業(yè)內(nèi)也停止了對預制技術的研究，pc技術逐漸退出建筑市場。國內(nèi)停止發(fā)展pc建筑的同時，pc技術在境外得到了迅速發(fā)展和廣泛應用，在地震頻發(fā)的日本和臺灣地區(qū)，pc建筑甚至表現(xiàn)出了較現(xiàn)澆結構更好的抗震性能。在pc住宅的抗震問題得到解決的同時，防水、防滲等主要問題也得到了很好解決，而且工業(yè)化的生產(chǎn)方式使pc住宅在質(zhì)量方面較現(xiàn)澆結構更具優(yōu)勢，pc住宅已成為品質(zhì)住宅的代名詞。過去的二三十年中，我國住宅以傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式為主，這種方式耗費能源、耗費材料、污染大，同時工期

3、長、成本高、浪費嚴重?！笆濉币?guī)劃提出我們要“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會” ，這就要求我們在建設活動中保護環(huán)境、節(jié)約材料、降低成本、發(fā)展低碳建筑以及減少對周邊環(huán)境的影響。近幾年我國“建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化”的步伐明顯加快，建筑行業(yè)作為國民經(jīng)濟支柱之一，對我國經(jīng)濟發(fā)展有著重要作用。建筑行業(yè)所遇到的挑戰(zhàn)在近些年不斷加大，如勞動力短缺及成本上升、資源緊缺、節(jié)能環(huán)保等，這些問題導致建設行業(yè)周期延長，利潤降低，制約建筑業(yè)積極向前發(fā)展。這些問題使得政府和企業(yè)不得不考慮通過提高自動化水平來提高建設效率。建筑工業(yè)化的建設模式正式解決這一問題的有效途徑之一。在“建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化”的進程中，政策的導向

4、作用必不可少。1999年，國務院辦公廳下發(fā)了關于推薦住宅產(chǎn)業(yè)化提高住宅質(zhì)量的若干意見，住宅產(chǎn)業(yè)化的概念在我國首次被正式提出，該意見強調(diào)住宅建設必須做到節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材，重視對環(huán)境的保護等。2010年，國家建筑工業(yè)行業(yè)標準裝配式住宅建筑設計規(guī)程編制組在北京成立，與此同時召開了第一次工作會議，標志著裝配式住宅標準進入了編制程序。2012年，北京擬出臺裝配式剪力墻結構設計規(guī)程。截止2012年9月，全國先后批準建立了27個國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地。目前，我國在逐步推廣裝配式結構，以此來推動住宅建設工業(yè)化的發(fā)展。當前，我國正在大規(guī)模推進保障性住房的建設。該項目主要由政府投資，其具有戶型面積小、建筑設計簡

5、單等特點，十分適合工業(yè)化、標準化生產(chǎn)。這對推進住宅建設工業(yè)化和裝配式住宅的發(fā)展提供了一個很好的平臺。1.2 研究意義國內(nèi)從上個世紀90年代重新開始了裝配式結構的研究，相對歐美、日本等國家來說起步較晚，對裝配式結構的相關試驗、數(shù)據(jù)資料及實踐應用都存在很大的不足。這需要我們投入大的精力與人員去研究與實踐。在我國當前的住宅建設中，無論是多層磚混結構還是高層混凝土結構，混凝土結構的施工還大都采用現(xiàn)澆的體系方式。這種體系在建設工程領域得到了廣泛的認可，并被大量使用，具有技術成熟、經(jīng)驗豐富、造價較低的優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的住宅建造方式手工操作多、勞動強度大，施工工期長、生產(chǎn)效率低，資源浪費嚴重，成本不易控制，工程

6、質(zhì)量難以保證，現(xiàn)場管理難度大。與傳統(tǒng)的住宅建造方式相比，裝配式住宅采用工業(yè)化的生產(chǎn)方式來建造，將部分甚至全部構件在工廠預制完成，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，通過可靠有效的連接方式將構件拼裝而成。其具有明顯的特征：工廠預制、現(xiàn)場裝配，外墻分項施工可在工廠直接把結構、保溫、裝飾一體化預制形成整體。裝配式住宅的建造方式有著多方面的優(yōu)勢。一是生產(chǎn)效率大大提高。主體構件的梁板柱墻在工廠里集中化、工業(yè)化、流水線式大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)效率的提高將會是顯而易見的。工廠化生產(chǎn)，就像電子產(chǎn)品的制作一樣，可以利用先進的現(xiàn)代技術，進行自動化生產(chǎn)和計算機的智能控制，這將在很大程度上提高建筑領域的現(xiàn)代化水平。二是建造工期縮短。主要構件都

7、是在工廠提前預制成形，只需將其運到現(xiàn)場進行有效的組裝，這將大大縮短建設工期。據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，建筑工人可減少50%左右，建設工期縮短40%以上；傳統(tǒng)方式的用工高峰期需工人月240人左右，而采用工業(yè)化方式建造同等規(guī)模的工程只需要70人左右，這在很大程度上節(jié)省了人力、財力。三是產(chǎn)品質(zhì)量顯著提升。結構構件在工廠預制，基本消除了現(xiàn)澆方式常見的開裂、空鼓、尺寸偏差等質(zhì)量方面的通病，全面提升了住宅的質(zhì)量。四是節(jié)能減耗效果顯著。大量構配件采取預制方式，施工現(xiàn)場模板、腳手架用量大大減少，可達60%70% 。減少用水量約20% ，用電量約15% 。預制構件尺寸精確，表面平整，省去了構件表面的粉刷層，節(jié)約材料的同時

8、又減輕重量。利于環(huán)境保護。長期困擾市民的建設工地噪音、粉塵污染、物料拋灑等問題，都將得到很好的解決，現(xiàn)場實現(xiàn)現(xiàn)代化管理，文明施工1。2 預制裝配式結構的研究動態(tài)及發(fā)展趨勢目前發(fā)展的預制裝配式混凝土結構，應是完全滿足國家現(xiàn)行有關標準的要求，甚至比現(xiàn)澆結構具有更好的安全性、適用性和耐久性。結合國內(nèi)外的研究和應用經(jīng)驗來看，可采用預制裝配式框架結構、預制裝配式剪力墻結構、預制裝配式框架-現(xiàn)澆剪力墻結構體系。承重構件可以全部為預制構件或者預制與現(xiàn)澆構件相結合。預制裝配式框架剪力墻結構，以美國技術為代表，突出預制預應力構件在高層大跨度建筑中應用優(yōu)勢，我國目前多以疊合樓蓋的局部應用為主，豎向構件尤其是剪力墻

9、的預制裝配在抗震設防裂度較高地區(qū)的高層建筑中應用還有許多問題需要研究。預制裝配式框架結構目前以日本技術為代表在高層、超高層建筑中應用比較廣泛和成熟，一般結合隔震減震技術協(xié)同作用設計，主要為標準化預制柱、疊合梁板構件，適宜采用工業(yè)化方式建造。該技術在我國的高層建筑中應用還不成熟，理論研究和工程實踐還比較缺乏，現(xiàn)階段實施難度較大。預制裝配式剪力墻結構，以東歐技術為代表曾在中高層建筑中得到廣泛應用，但抗震性能方面需要完善提高；目前我國采用的裝配式剪力墻結構，主要以預制外墻和疊合樓蓋為主的裝配整體式剪力墻技術，強調(diào)接近現(xiàn)澆結構的抗震設計方法和裝飾、保溫一體化預制外墻集成技術，該體系目前已成為我國高層住

10、宅的主要實施方案。預制裝配式剪力墻結構可以分為全預制剪力墻結構、部分預制剪力墻結構以及適用于低多層建筑的剪力墻結構。國外在預制裝配式剪力墻結構性能方面的理論研究有一定的積累。pekau等2對一受損的6層預制混凝土剪力墻結構，在瞬時荷載作用下動態(tài)響應進行研究，其中瞬時荷載是模擬的室內(nèi)煤氣爆炸，并進一步基于有限元分析，對遭遇局部墻板破壞后的整體結構抗連續(xù)倒塌性能進行研究，研究發(fā)現(xiàn): 當考慮所有響應參數(shù)，并在全部倒塌時間內(nèi)進行分析時，動態(tài)響應因子的變化幅值較大，參數(shù)的平均動態(tài)響應因子影響受損整體結構的承載力，即豎向連接的延性要求和水平連接的最大承載力應在1.4至2.0的范圍內(nèi)，個別值達到4。moch

11、izuki3對多層預制混凝土剪力墻豎向接縫的抗震性能進行了試驗研究，通過試驗結果分析得出，預制混凝土剪力墻的最大荷載受到水平、豎向接縫約束條件的組合影響，極限荷載與水平接縫的約束條件（包括銷釘作用）有關，對于水平接縫布置銷鍵的試件，達到最大荷載的剛度與是否布置傳力桿無關。pekau4通過譜分析和有限元分析研究一幢12層預制剪力墻結構的抗震性能，通過分析得出，含豎向接縫的預制剪力墻對其抗震響應影響不太顯著，與相等基本周期的整體墻響應很接近。豎向接縫設計主要考慮其抗剪承載力，軸力相比其抗剪承載力而言，不超過抗剪承載力的60%。harry5等針對預制混凝土大板結構，提出了一種適用于預制混凝土剪力墻的

12、縮尺動力模型，包括設計、施工、測試等過程，通過擬靜力試驗發(fā)現(xiàn)，相比結構連續(xù)倒塌設計要求的抗剪承載力，試驗值隨著接縫配筋率的不同而變化幅值較大，試驗值最高可以達到設計值的3.6倍；同時隨著豎向接縫面積的增大，模型的抗剪延性進一步提高。 oliva等6分別在美國和南斯拉夫進行了大板結構(試件均為3層)振動臺和擬靜力試驗，通過理論和試驗分析了這2種不同試驗的相關性，對比分析試驗結果得出，振動臺試驗和擬靜力試驗所得位移承載力曲線、破壞機理較一致。但同時存在3個本質(zhì)不同點，即擬靜力試驗表現(xiàn)出更好的耗能性，翼緣的受力響應存在不同，振動臺試驗中墻板兩端的破壞特征不對稱。nazzal7研究了軸向荷載對多層預制

13、承重剪力墻結構滯回性能的影響，試驗研究得出滯回環(huán)的大小隨著軸向荷載的增加而減小，分析結果顯示軸向荷載對其滯回性能絕對值并沒有影響，與試驗結果不一致的原因是由于軸力的存在導致輸入結構的能量增加，使得滯回環(huán)大小明顯減小。最后提出一個耗能因子，基于該因子的計算結果與試驗結果吻合較好。在結構構件方面，yahya等8對無粘結后張法預制混凝土墻的水平荷載性能及抗震設計進行研究。pekau等9提出了一種改進的離散單元模型來模擬預制剪力墻板，其中考慮了局部墻板倒塌持時的影響，研究得出局部倒塌的持時在性能分析不容忽視。khaled等10對5種不同鋼筋連接方式的預制混凝土剪力墻進行壓彎擬靜力試驗研究。chakra

14、barti等11進行了預制墻板豎向接縫的29個試件試驗研究，考察了豎向接縫的抗剪能力和剪切剛度。bhatt12基于紐馬克不完整的耦合理論，對開洞和未開洞預制剪力墻中豎向接縫對連接剛度的影響進行分析。國內(nèi)在預制裝配式剪力墻結構性能方面的理論研究也取得了一定的成果。尹之潛等13對一個1/5縮尺的10層裝配式大板結構模型和一個1/6縮尺的14層裝配式大板結構模型進行了振動臺試驗，當輸入el centro地震波后，發(fā)現(xiàn)結構的破壞主要發(fā)生在預制構件連接的部位，說明連接位置是裝配式結構的薄弱部位。當輸入雙向地震作用時，對應模型的邊緣構件破壞比單向地震輸入時要嚴重，建議實際結構的角柱應適當加強。姜洪斌14對

15、一個3層足尺預制混凝土剪力墻進行了擬靜力子結構、擬動力子結構試驗研究，研究結果表明，采用插入式預留孔灌漿鋼筋搭接連接的結構具有良好的恢復力特性，結構開裂后剛度下降緩慢，無突變，開裂部位出現(xiàn)在底部彎矩最大處，可以采用現(xiàn)澆混凝土設計規(guī)范進行受力計算，層間位移比滿足高層結構水平位移限制。根據(jù)pkpm 試算結果得出，在規(guī)定的高度范圍內(nèi)結構在小震作用不會發(fā)生明顯破壞。中國建筑科學研究院陳惠玲等15對預制整體帶邊框剪力墻在水平往復荷載作用下的強度和延性進行研究，通過試驗結果，對預制剪力墻的抗裂性、裂縫開展、帶邊框剪力墻強度計算、墻的恢復力曲線、水平位移和延性進行了分析，提出該結構形式可用于新建的預應力、普

16、通鋼筋混凝土多高層框架房屋的抗震結構體系，也可用于舊建筑震后的修復與加固。陳彤等16介紹了一棟抗震設防烈度為8 度的裝配整體式剪力墻結構高層住宅建筑的設計，對其結構性能目標、整體設計原則、結構抗震驗算、預制墻板設計等問題給予闡述。文中指出完全等同現(xiàn)澆剪力墻結構，不考慮預制墻板的結構功能的做法都會使問題簡化，然而對結構設計都是不經(jīng)濟和不合理的。建議裝配式建筑規(guī)范修編時適當考慮基于性能目標的設計方法。陳錦石等17對一個4層的全預制裝配整體式剪力墻結構空間模型進行了低周反復荷載試驗研究，模型為1/2縮尺，試驗結果表明，試件承載力及剛度均遠高于規(guī)范要求及設計結果，屈服荷載遠高于設計地震剪力，試件在中震

17、作用下仍保持彈性狀態(tài)，滿足大震不倒的設防目標。在實際應用方面（見圖1），萬科集團較早即開始了工業(yè)化住宅建造技術的探索和試點，先后向香港及日本學習，目前主要形成了兩大技術：1.pc( precast concrete ) 技術，該技術主要用于全預制混凝土構件，如陽臺、樓梯、空調(diào)板、部分內(nèi)隔墻板等；2.pcf( precast concrete form ) 技術，即預制混凝土模板技術，該技術主要用于預制混凝土剪力墻外墻模以及疊合樓板的預制板等。中南集團引自國外預制混凝土技術，結合我國設計要求，形成了具有自身特色的npc( new precast concrete) 技術體系。宇輝集團基于剪力墻豎

18、向連接專利技術“插入式預留孔灌漿鋼筋搭接連接”，形成了裝配整體式預制混凝土剪力墻結構技術。西偉德混凝土預制(合肥)有限公司引進德國“double-wall precast concrete building system”技術，形成了疊合板式混凝土剪力墻結構，結構構件分為疊合式樓板、疊合式墻板以及預制樓梯等18。預制裝配式剪力墻結構的研究和應用取得了很大的進步，但還有很多問題，需要去進行更細致、深入的研究：（1）隨著預制裝配式混凝土剪力墻結構應用范圍的擴大，會在一些抗震設防區(qū)域使用，或者隨國家地震區(qū)劃圖的調(diào)整，使得原有建筑的抗震設防標準提高，因此，仍需對預制裝1.pc樓梯 2.剪力墻接縫連接圖

19、1配式剪力墻的抗震性能進行深入研究，其抗震性能的好壞是該結構形式得以推廣應用的關鍵問題。（2）相對于裝配式框架結構，預制裝配式剪力墻結構存在更大量的水平接縫、豎向接縫、邊框節(jié)點等連接問題，有效、可靠、施工方便的連接方式是保證裝配式剪力墻結構安全、正常工作的前提，目前對于連接方式主要集中在“濕連接”，而對于“干連接”的研究較少。（3）對現(xiàn)澆剪力墻國內(nèi)外進行了大量帶邊框的組合剪力墻結構試驗研究，例如型鋼邊框、鋼管混凝土邊框、鋼筋混凝土柱邊框等，結果表明帶邊框組合剪力墻結構能夠改單一抗震防線為多道抗震防線，可以有效提高剪力墻的整體抗震性能，因此，可以將帶邊框的形式應用于裝配式混凝土剪力墻結構，目前國

20、內(nèi)外對此研究較少，對其節(jié)點、接縫、整體試件的受力性能及抗震性能值得深入研究。（4）雖然國內(nèi)頒布了一些地方的預制裝配式剪力墻規(guī)范標準，但仍需出臺一套完整預制裝配式混凝土剪力墻結構設計、施工、抗震的國家級規(guī)范或行業(yè)標準19。3. 研究內(nèi)容、研究方案及主要技術路線3.1 研究內(nèi)容預制裝配式剪力墻結構，存在大量的水平接縫、豎向接縫等接縫連接問題。根據(jù)相關試驗研究表明，接縫連接處是預制裝配式剪力墻結構的薄弱部位，因此如何對接縫進行有效、可靠的連接就尤為重要。針對預制裝配式剪力墻接縫的連接，分析對比已有的連接方式在受力性能、抗震等方面的優(yōu)勢與不足，并對我國目前在實際工程中使用的連接方式進行統(tǒng)計比對，通過有

21、限元模擬分析，提出改進與提高的有效建議。主要的工作如下：（1）分析對比當前國內(nèi)外預制裝配式剪力墻的接縫連接技術。通過大量分析對比，探討各自的優(yōu)缺點。（2）結合我國目前的建筑行業(yè)狀況，對國內(nèi)目前所使用的典型接縫連接方式的受力性能進行有限元分析。（3）結合數(shù)值分析結果，對當前工程中所使用的連接方式提出改進方案或建議，以改進提高預制裝配式剪力墻結構接縫處的性能。3.2 研究方案本論文研究工作以基本理論為指導，以大量已有試驗數(shù)據(jù)與工程實踐數(shù)據(jù)為基礎，通過有限元軟件ansys的有效模擬，對接縫的連接進行研究分析。（1）查閱國內(nèi)外的相關資料，搜集預制裝配式剪力墻結構接縫的試驗數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計分析與整理，為本課

22、題研究工作提供依據(jù)，對比分析其優(yōu)缺點。（2）結合國內(nèi)工程實際狀況，選取具有代表性的接縫連接方式，對其性能進行數(shù)值模擬分析。（3）以分析結果為依據(jù)，在一定程度上對目前國內(nèi)使用的相關接縫連接方式提出具有可行性的改進措施。3.3 主要技術路線主要技術路線見圖2 。預制裝配式剪力墻結構接縫構造及性能研究查閱資料，整理、統(tǒng)計、分析對已有接縫方式進行優(yōu)缺比較對國內(nèi)實際工程使用的代表性接縫方式進行模擬整理分析模擬結果結果對比，提出可改進的地方及建議圖2 技術路線圖4 遇到的困難和解決方法近幾年我國在裝配式結構方面有了很大的發(fā)展與進步，但仍處于起步階段，總體上處于出其理論研究的狀態(tài)，工程實例也很匱乏。理論還需

23、加強研究。預計在研究過程中會遇到以下一些問題：（1）預制裝配式結構目前還沒有標準的國家規(guī)范，相關規(guī)范的選取需要認真準備，以確保研究結果符合目前國內(nèi)相關規(guī)范。（2）預制結構構件在現(xiàn)場裝配后，都有一定程度的現(xiàn)澆部分，模擬時需考慮到預制部分與現(xiàn)澆部分結合面的處理方法。（3）如何有效的對所提連接方式進行模擬，以使其結果具有一定的參考意義。在研究中還會碰到各種各樣的問題，這需要導師的悉心指導和幫助，同時必須查閱大量的文獻資料，學習總結已有的成果與理論，并提高自己在數(shù)值模擬分析方面的能力、專業(yè)理論水平，最終完成本課題的研究任務。5 預期達到的目標通過對本課題的研究，預期實現(xiàn)的目標有:（1） 對國內(nèi)在有抗震

24、要求的地方使用預制裝配式剪力墻結構的可行性有相關結論；（2） 掌握預制裝配式剪力墻結構接縫處的受力機理；（3） 能夠提出切實可行，對實際工程使用中有價值的改進措施和建議。6 工作量及經(jīng)費來源本課題需查閱、分析和總結大量現(xiàn)有的文獻資料，建立精確的有限元模型，進行計算、分析。相關經(jīng)費根據(jù)學校劃撥的科研經(jīng)費進行安排，同時自籌部分經(jīng)費。7 進度安排（1）2013.09-2013.11 收集、查閱有關資料，編寫開題報告。（2）2013.12-2014.03 對工程實際及試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析。 （3）2014.04-2014.08 進行有限元模擬計算。（4）2014.09-2014.11 分析結果，完成論文

25、初稿。（5）2015.12-2015.03 對論文初稿進行修改與補充，最終定稿，答辯。8 參考文獻1 孫廣秀，馬曉蕊，張衛(wèi)琴，孫林建造裝配式住宅推進住宅建設工業(yè)化 j.住宅科技，20102 pekau o a，zielinski z a，lee a w k，et al dynamic effects of panel failure in precast concrete shear wallsjaci structural journal，1988，85( 3 ): 2772853 mochizuki sexperiment on slip strength of horizontal jo

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