預(yù)制混凝土剪力墻抗震性能試驗及約束漿錨搭接極限的研究

1、預(yù)制混凝土剪力墻抗震性能試驗及約束漿錨搭接極限的研究 國內(nèi)圖書分類號:TU375 學校代碼:10213 國際圖書分類號:624 密級:公開工學碩士學位論文預(yù) 制混凝 土剪 力墻抗 震性 能試驗 及約 束漿錨搭 接極限 研究碩 士 研 究 生 : 邰曉峰 導(dǎo) 師 : 姜洪斌 副教授 申請學位 : 工學碩士 學科 : 結(jié)構(gòu)工程 所 在 單 位 : 土木工程學院 答 辯 日 期 : 2021年 7 月 授予學位單位 : 哈爾濱工業(yè)大學Classified Index: TU375 U.D.C: 624Dissertation for the Master Degree in EngineeringR

2、ESEARCH ON SEISMIC PERFORMANCE OF PRECAST RC SHEAR WALL AND LIMITED LENGTH OF OVERLAP-JOINT RESTRAINT GROUTING-ANCHORINGCandidate : Tai Xiaofeng Supervisor : Assoc. Prof. Jiang Hongbin Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Structure Engineering Affiliation : School of Civi

3、l Engineering Date of Defence : July, 2021 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 摘 要 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有標準、精確、節(jié)能、高效的建筑設(shè)計施工優(yōu)點,在國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的外部環(huán)境下,預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)適宜在城市大量采用。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)核心技術(shù)問題是預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場連接,預(yù)制構(gòu)件的連接是否可靠是技術(shù)關(guān)鍵。哈爾濱工業(yè)大學通過研究與探索,自主研發(fā)約束漿錨鋼筋搭接連接,解決了混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)制構(gòu)件的連接問題,并將此種鋼筋搭接連接的方式用于預(yù)制混凝土剪

4、力墻體系中,在實際工程中取得了良好的效果。自 2021年至今,哈爾濱工業(yè)大學對鋼筋的搭接長度和相應(yīng)的構(gòu)造措施進行了深入的試驗和理論研究,充分考慮螺旋箍筋這種約束措施對于鋼筋搭接連接的影響,將鋼筋的搭接長度取為鋼筋錨固長度的 1.0倍。提出偏于平安的理論計算設(shè)計方法和相應(yīng)的構(gòu)造要求。 本文是在前期研究根底上,將其結(jié)論應(yīng)用于 8 度區(qū)、邊緣受力縱筋直徑較大的高層預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中足尺預(yù)制剪力墻試件,取鋼筋的搭接長度為鋼筋錨固長度的 1.0倍。制作三片預(yù)制混凝土剪力墻試件,其邊緣約束縱筋的直徑分別為 12mm、16mm 和 20mm。同時制作三片現(xiàn)澆剪力墻試件,邊緣約束縱筋的直徑與預(yù)制剪力墻試件

5、一一對應(yīng),試件尺寸、鋼筋配筋皆為相同。通過六片剪力墻試件進行低周往復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗,得出約束漿錨預(yù)制剪力墻試件和與其對應(yīng)的現(xiàn)澆剪力墻試件的退化剛度、承載能力、延性和耗能能力等指標,并進行比照。承載力方面,預(yù)制混凝土剪力墻與現(xiàn)澆混凝土剪力墻相比,有小幅度的提高。預(yù)制混凝土剪力墻受壓區(qū)在螺旋箍筋的約束下,內(nèi)部沒有發(fā)生破壞,現(xiàn)澆混凝土剪力墻受壓區(qū)混凝土完全壓潰。 在試驗根底上,將建立鋼筋搭接長度與螺旋箍筋配箍率的力學模型和關(guān)系式進行了簡化,更易于在住宅產(chǎn)業(yè)化施工中使用。同時,將鋼筋搭接連接細部試件進行有限元模擬,比照原分析試驗結(jié)果與模擬結(jié)果,吻合根本良好,鋼筋的搭接長度與錨固長度之比小于

6、1.0時,連接仍然可靠,結(jié)合理論計算和有限元模擬,提出了理論鋼筋最小搭接長度,為后期試驗下一步減小鋼筋搭接長度提供理論支撐。改良標準中對剪力墻偏壓計算和混凝土剪力墻參數(shù)的設(shè)定,通過試驗與有限元模擬可以此試驗證明了約束漿錨鋼筋搭接連接性能可靠,可應(yīng)用于 8 度區(qū)住宅產(chǎn)業(yè)化的開展與應(yīng)用中。關(guān)鍵詞 :裝配整體式;預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu);鋼筋搭接連接;低周往復(fù)荷載試驗;抗震性能分析- I - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 Abstract Precast concrete structure have construction advantages with standard、precise、ener

7、gy-saving、 efficient building designUnder the external environment in the country vigorously promote energy conservation, the precast concrete structure are appropriate in extensive use in urban. The core technology of precast concrete structure is a prefabricated site connections, prefabricated con

8、nection reliability is the key technologyHarbin Institute of Technology through research and exploration, independent research and development constraints Restraint grouting-anchoring overlap-joint of steel bar to solve the connection of precast concrete structures, and which reinforced lap connecti

9、on for precast concrete shear wall system, achieved good results in the actual project. since 2021, the lap length of reinforcement and structural measures in-depth experimental and theoretical studies, give full consideration to the impact of the spiral stirrups this constraint measures reinforced

10、lap joint connection, lap steel bars the length of steel bar anchorage length of 1.0 time. The proposed design method safer theoretical calculations and the corresponding structural requirementsThis article is a preliminary study on the basis of its conclusions and applied to 8-zone edge by the full

11、 scale of the force vertical ribs of large diameter high-level precast concrete shear wall structure prefabricated shear wall specimens taken reinforced overlap length is reinforcement anchorage length of 1.0 times. Producting three precast concrete shear wall specimens with edge constraint the diam

12、eter of the longitudinal bars 12mm, 16mm and 20mm. Producting three cast-in-place shear wall specimens, the diameter of the edge constraint of longitudinal reinforcement and prefabricated shear walls correspond to the specimen, specimen size, steel bar reinforcement are the same. Seismic performance

13、 under low cyclic loading by six shear wall specimens obtained constraints restraint grouting-anchoring precast shear wall specimens and their corresponding situ shear wall specimen degradation stiffness, load capacity, ductility and energy dissipation capacity, and other indicators, and comparebear

14、ing capacity of the precast concrete shear walls with cast-in-place concrete shear walls, the improvement of the small amplitude. Precast concrete shear walls of the compression zone spiral stirrups constraints, internal did not happen destruction, in-situ concrete shear wall compression zone of con

15、crete is completely crushingOn an established experimental basis, reinforced overlap length and the mechanical model and the relationship between spiral stirrup to stirrup ratio has been simplified, easier to use in the construction of the housing industry. The same time, the reinforced lap joint co

16、nnection detail finite element simulation, compared to the original analysis of test results and simulation results coincide basically good, and reinforced the lap length and anchorage length ratio of less than 1.0, the connection is still reliable, with - II - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 the theoretical calcul

17、ation and finite element simulation, the minimum overlap length of the theory of reinforced, to provide theoretical support for the latter part of the test the next step to reduce the reinforced overlap length. Improve the setting of the bias calculation of shear wall and concrete shear wall paramet

18、er specification, by experiment and FEM simulation experiment shows that the constraints pulp anchor reinforced lap connectivity is reliable, can be applied to the region of the housing industry development and application Keywords: prefabricated, precast concrete shear walls structure, steel overla

19、p, low cyclic loading test, seismic performance analysis - III - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 目 錄 摘 要. I ABSTRACT II 第 1 章 緒 論1 1.1 課題背景及研究意義. 1 1.2 國外住宅產(chǎn)業(yè)化的開展研究狀況2 1.2.1 國外住宅產(chǎn)業(yè)化的開展 2 1.2.2 國內(nèi)外粘結(jié)錨固和預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究. 3 1.3 國內(nèi)住宅產(chǎn)業(yè)化的開展與研究 5 1.3.1 中國住宅產(chǎn)業(yè)化的開展之路. 5 1.3.2 國內(nèi)預(yù)制混凝土構(gòu)件連接研究 8 1.4 本文主要研究內(nèi)容 13 第 2 章 預(yù)制混凝土剪力墻抗震性能

20、試驗. 15 2.1 引言 15 2.2 試件設(shè)計與制作. 15 2.2.1 試件設(shè)計. 15 2.2.2 試件制作. 17 2.3 材料材性試驗19 2.4 試驗方案及測量內(nèi)容21 2.4.1 加載制度. 21 2.4.2 測量內(nèi)容. 22 2.4.3 加載裝置. 24 2.5 試驗破壞現(xiàn)象25 2.5.1 預(yù)制混凝土剪力墻試驗破壞現(xiàn)象 25 2.5.2 現(xiàn)澆混凝土剪力墻試驗破壞現(xiàn)象 29 2.5.3 試件破壞過程分析 34 2.6 本章小結(jié). 36 第 3 章 試驗結(jié)果分析37 3.1 引言 37 3.2 荷載和位移分析. 37 3.3 滯回曲線. 38 骨架曲線. 41 3.5 鋼筋應(yīng)變

21、. 44 - IV - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 3.5.1 水平鋼筋應(yīng)變44 3.5.2 縱向鋼筋應(yīng)變47 3.6 試件剛度. 50 3.6.1 試件剛度變化的三折線模型50 3.6.2 試件剛度退化53 3.7 試件延性和能量耗散59 3.7.1 試件延性. 59 3.7.2 試件承載力降低性能61 3.7.3 試件能量耗散62 3.8 預(yù)制剪力墻承載力分析. 64 3.9 本章小結(jié). 67 第 4 章 縱筋極限搭接長度研究. 68 4.1 引言 68 4.2 極限搭接長度機理 68 4.2.1 即將開裂. 72 4.2.2 開裂瞬間. 74 4.2.3 箍筋屈服. 75 4.3 約

22、束漿錨鋼筋搭接連接有限元模擬78 4.3.1 軟件介紹及模型選擇78 4.3.2 模型本構(gòu)關(guān)系選擇 78 4.3.3 模型建立. 79 4.3.4 模型結(jié)果分析81 4.4 螺旋箍筋配筋設(shè)計建議. 83 4.5 本章小結(jié). 85 結(jié) 論86 參考文獻 87 哈爾濱工業(yè)大學學位論文原創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)說明90 致 謝91- V - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 第 1 章 緒 論 1.1 課題背景及研究意義 提到住宅產(chǎn)業(yè)化,最早應(yīng)追溯到上世紀60年代,在日本提出了住宅產(chǎn)業(yè)化的概念,它的具體意義是采用工業(yè)化的方式建造民用建筑,可以很大程度上提高建筑生產(chǎn)的效率和建筑質(zhì)量,并將整體建筑行業(yè)進行縱向整

23、合,將建筑從設(shè)計到施工驗收全部過程整合為一套完整的系統(tǒng),形成產(chǎn)供銷一體化,依靠科技的力量,使建筑行業(yè)整體無論是理念還是方法方面有了長足的開展與進步。第二次世界大戰(zhàn)以后,經(jīng)過戰(zhàn)爭的洗禮,一些西方和日本的興旺國家根底設(shè)施遭到了嚴重的破壞,與此同時,西方興旺國家城市化開展也正有條不紊地進行著,城市人口數(shù)量急劇增加,經(jīng)濟學家稱這個階段的現(xiàn)象為 “房荒現(xiàn)象,住宅的需求量比以往有了很大的增加,有關(guān)建筑方面的施工與技術(shù)人員數(shù)量嚴重缺乏,因此把建筑進行產(chǎn)業(yè)化的開展成為了這些國家的一種必然的趨勢。 半個世紀以來,我國建筑行業(yè)的建設(shè)與施工可以被定義為資源消耗型。土地、水資源和能源消耗大,人均耕地面積不斷減少,20

24、21 年的統(tǒng)計數(shù)字說明,全國耕地的總面積為 18.26 億畝,已經(jīng)接近國家規(guī)定的 18 億畝紅線;世界權(quán)威環(huán)境中心統(tǒng)計數(shù)字說明,世界所有大中城市中,中國城市在水資源缺少程度和環(huán)境污染程度上比外國城市嚴重得多。這些都必須使我們認識到,過去傳統(tǒng)的建筑施工方法對于現(xiàn)代社會的開展與人類的生存產(chǎn)生了諸多不利的影響,當我們強調(diào)開展的同1時,不能以能源和資源過度地消耗為代價 。同時,我國建筑行業(yè)的現(xiàn)實是,仍繼續(xù)按原有的浪費資源型方法進行建筑工程施工。但是越來越多的人已經(jīng)開始意識到,現(xiàn)代的住宅建設(shè)與開發(fā),不能再以嚴重消耗既有自然資源為代價,不能只是依靠簡單的施工工藝和廉價勞動力來繼續(xù)開展。我們必須緊跟社會開展

25、趨勢和國家相應(yīng)政策,遵照生態(tài)和可持續(xù)開展的原那么,依靠科技進步,調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),發(fā)2展住宅產(chǎn)業(yè)化,建設(shè)新時代,新時期,新概念的節(jié)能環(huán)保型科技住宅 。 大力推進住宅產(chǎn)業(yè)化的開展,可以滿足開展 “節(jié)能省地環(huán)保型住宅的各種需求,3滿足國家提出的建設(shè)綠色住宅的建議 。綜合統(tǒng)計數(shù)字說明:與傳統(tǒng)的施工方式相比,注入住宅產(chǎn)業(yè)化理念建筑的住宅現(xiàn)場的建筑垃圾減少 83%,建筑材料的消耗減少約 60%,建筑施工中水、電的節(jié)約也很明顯,均可以到達 50%以上,同時建筑周期大大減少,一座 18層的住宅樓,使用住宅產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)方式,時間僅為現(xiàn)在施工時間的三分之一。與此同時,建筑的施工質(zhì)量有了很大的提高,預(yù)制構(gòu)件由于在住宅

26、產(chǎn)業(yè)化基地集中生產(chǎn),其精確度比現(xiàn)場木模施工高,每個拼裝試件的誤差在 3mm 以內(nèi),構(gòu)件預(yù)制成型后,其外表平整度偏差小于 0.1%,如此優(yōu)越的施- 1 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 工質(zhì)量和施工周期,再加上國家文件與政策的大力推廣,開展住宅產(chǎn)業(yè)化將會帶來巨大的經(jīng)濟與社會效益。 目前建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)人員研究預(yù)制構(gòu)件多在研究預(yù)制構(gòu)件的連接,這也是住在產(chǎn)業(yè)化在技術(shù)上的核心問題,只有在滿足平安使用的條件下,才能將這種綠色建筑體系在中國的各個地區(qū)得到普遍采用。國內(nèi)已經(jīng)有清華大學、哈爾濱工業(yè)大學和東南大學等幾個高?？蒲袡C構(gòu)對預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系進行了研究與探索。哈爾濱工業(yè)大學與黑龍江宇輝建設(shè)集團從 2021

27、年起對具有中國住宅產(chǎn)業(yè)化進行了深入且廣泛的研究,提出約束漿錨預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系,鋼筋的搭接長度取鋼筋的錨固長度的 1.0倍、外側(cè)有螺旋箍筋約束、內(nèi)部灌入灌漿料情況下,連接可靠,受力明確。本文是在前期結(jié)果下將約束漿錨鋼筋搭接連接應(yīng)用于 8 度區(qū)、暗柱縱筋較大的預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),驗證在結(jié)構(gòu)中采用約束漿錨鋼筋搭接連接的安全使用性。 1.2 國外住宅產(chǎn)業(yè)化的開展 研究狀況 1.2.1 國外住宅產(chǎn)業(yè) 化的開展 “住宅產(chǎn)業(yè)這個名詞最早出現(xiàn)在 20 世紀 60 年代的日本,其后一段的時間內(nèi),住宅產(chǎn)業(yè)化的理念在歐美地區(qū)建筑設(shè)計施工中大行其道,裝配式大板建筑為主的建筑施工模式在理論和方法上都得到了充分

28、的開展。 西方國家實施住宅產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)有 50余年,迄今為止,西方許多興旺國家使用住宅產(chǎn)業(yè)化理念建設(shè)的房屋占總建設(shè)房屋一半以上。在前蘇聯(lián)和東歐的各個國家的建筑工程中也融入了住宅產(chǎn)業(yè)化的理念,將預(yù)制構(gòu)件在工廠加工后到現(xiàn)場進行拼接可以很大程度上提高施工速度和質(zhì)量,滿足了當時各個國家的急迫需求,對六七十年代西方國家經(jīng)濟騰飛做出了奉獻。北歐國家都已經(jīng)將模數(shù)法制化、標準化,這個也是國際標準化組織指定的 ISO 標準的根本依據(jù)。中低層的建筑大量采4用預(yù)制混凝土墻板,同時滿足了建筑效果的要求 。在西歐各個國家中,政府對住宅節(jié)能減排均給予從分重視,不惜以建筑造價本錢提高為代價,開展標準模式建設(shè)的節(jié)能型住宅。法國

29、是典型的代表,在 20世紀五十年代,法國就開始推進建筑工業(yè)化,開始時為大板式預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆支模相結(jié)合的建筑方式,后在七十年代研發(fā)并應(yīng)用相應(yīng)的構(gòu)件部品及建筑設(shè)備,在政府的政策引導(dǎo)下,大力開展框架、板柱式結(jié)構(gòu),加快施工速度。澳大利亞結(jié)構(gòu)師采用預(yù)制混凝土和鋼構(gòu)架組成的 “組裝 HO USE也是住宅產(chǎn)業(yè)化中的典型代表。作為提出住宅產(chǎn)業(yè)化的日本,開始批量生產(chǎn)住宅也是源于二戰(zhàn)后期出現(xiàn)的 “房荒現(xiàn)象,此后的幾十年間,日本住宅產(chǎn)業(yè)迅猛開展,90 年代以后,日本的裝配整體式住宅占整體住宅數(shù)量 1/4 以上,將部5-10品與住宅列入法律保障,充分保障了購置者利益,使住宅產(chǎn)業(yè)健康有序的開展 。 - 2 - 哈爾濱工

30、業(yè)大學工學碩士學位論文圖 1-1 施工現(xiàn)場圖 1.2.2 國內(nèi)外粘結(jié)錨 固和預(yù)制 混凝土 結(jié) 構(gòu)抗震性 能研究 國外早在 20 世紀中期就對鋼筋搭接錨固和預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的研究。預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的核心是構(gòu)件的有效可靠連接,研究連接的前提是對鋼筋和混凝土粘結(jié)和錨固性能的研究。20 世紀中期,國外就開始對混凝土與鋼筋的粘結(jié)錨固11、12進行研究與試驗分析。如 /.ns、M.Plowman 等人進行了早期鋼筋粘結(jié)錨固的試驗,并分析鋼筋與混凝土界面影響粘結(jié)應(yīng)力的這種因素。國內(nèi)徐有鄰、宋玉普等人通過受拉試驗,得出粘結(jié)應(yīng)力與粘結(jié)滑移之間的關(guān)系,將整個試驗的破壞過程分為五個階段,并根據(jù)試驗結(jié)果回歸了每個

31、階段的公式。圖 1-2 典型加載滑移曲線 預(yù)制剪力墻擬靜力試驗中的搭接鋼筋實際受力狀態(tài)為反復(fù)拉壓,S.Morita, 13-15J.Houde, Sungnam Hong 等進行了反復(fù)拉壓試驗,并提出了相關(guān)的粘結(jié)滑移滯回模型。清華大學滕志明等根據(jù)試驗結(jié)果,總結(jié)粘結(jié)應(yīng)力值為: 0.35? 3.87f ?c d(1-1) t- 3 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 2S0.075 ?c d? 0.03 (1-2) 0 sv式中, ?峰值粘結(jié)應(yīng)力; S ?峰值粘結(jié)應(yīng)力對應(yīng)的滑移值; 0 ?橫向鋼筋配筋率; svc ?混凝土保護層厚度; ?縱筋直徑。 d 國外住宅產(chǎn)業(yè)化進行較早,國外對預(yù)制混凝土框架

32、結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)進行分16、17別研究與探索。Priestley 等對五層框架建立建筑進行抗震性能試驗,其框架與剪力墻均為預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu),通過試驗后期結(jié)果分析,剪力墻位移超過限值2.7%,18、19但是整個結(jié)構(gòu)幾乎沒有損傷。J.L. Wilsona 等研究預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在低震、中震地區(qū)的抗震性能。使用能力譜方法,建立結(jié)構(gòu)與根底整體的有限元模型,在裝配整體式的研究中,在節(jié)點及接縫研究的根底上,對裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗20-22震性能進行研究,給出了結(jié)構(gòu)與根底深度的關(guān)聯(lián)因素。Sidney Freedman等人介紹了多種預(yù)制混凝土墻板,如中空墻板、帶肋墻板、雙T型墻板等,并把每種墻板的具體工程實踐

33、工程舉出,同時介紹不同結(jié)構(gòu)體系中預(yù)制混凝土構(gòu)件的受力情23-25況。Basel Djazmati 等對于預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)中,高度不同、受水平荷載不同、形狀不同的剪力墻用懸臂梁單元進行模擬,采用ANSYS中的Solid 45單元,取得了26良好的效果。以此同時,/.ad 等也證明了預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)模型中,采取懸臂梁模型與進行復(fù)雜的有限元比照分析,結(jié)果很接近。開展新型裝配式住宅結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)足尺裝配單元墻體和節(jié)點模型、帶樓板的剪力墻平面模型的性能試驗研究,驗證新型裝配式住宅結(jié)構(gòu)體系的單元和局部承載能力、變形能力和抗震性27 28能 。Khaled A.Soudki等 對于低碳鋼的不同種連接方式分別進行了

34、預(yù)制剪力墻的擬靜力試驗,在墻體距底面高度600mm處進行搭接連接,連接方式如下列圖:圖1-3連接方式1 圖1-4連接方式2 - 4 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文圖1-5連接方式3 圖1-6連接方式4 由其結(jié)果可知,套管連接豎向鋼筋并水平設(shè)計鍵槽試件承載力最大,墻片底部設(shè)置鍵槽可以提高整體的承載力。套管連接延性較好。針對于預(yù)制混凝土剪力墻,一般有幾種方式的抗震性能研究試驗與分析,以合肥國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地引、29 30進德國混凝土疊合板式住宅這一背景,任軍,葉獻國 研究不同軸壓比下疊合板式剪力墻的抗震性能,采用MS模型對剪力墻進行分析, 與擬靜力試驗結(jié)果比照, 取得了較好的計算結(jié)果, 證明針

35、對疊合板式剪力墻建立計算模型的正確性和參數(shù)31取用的合理性, 能夠適用于后續(xù)研究中對該結(jié)構(gòu)體系進行模擬計算分析。Henry設(shè)計了幾組低碳鋼的剪力鍵,將其應(yīng)用于預(yù)制混凝土的墻體中,在試驗與數(shù)值模32擬的比照中,其抗震性能有了很大提高。Tony Holden等 幾何相似地預(yù)制混凝土懸臂墻裝置與普通標準的裝置在準靜力的反向周期側(cè)向載荷下已經(jīng)的構(gòu)造和測試,使用支撐-約束模型,得到的各項性能的偏差為下降2.5%,延性耗能能力良好。張33同億,張興虎等 也同樣采用而來擬靜力的試驗方法,同時經(jīng)過理論推導(dǎo),得出了通過配置V型鋼筋和鍵槽的設(shè)計的限制滑移裝配整體式復(fù)合墻的計算公式,而且34其鋼筋混凝土的恢復(fù)力模型

36、建議采用硬化型三線性。張敬薇,錢稼茹等 對于預(yù)制圓孔板剪力墻進行了非線性有限元分析,并與擬靜力試驗結(jié)果進行了比照,吻合良好。圓孔板剪力墻在破壞時的裂縫以斜裂縫為主,在墻面的中心得以表達,并沒有出現(xiàn)塑性鉸,有良好的抗震性能。 1.3 國內(nèi)住宅產(chǎn)業(yè)化的開展 與研究 1.3.1 中國住宅產(chǎn)業(yè) 化的開展 之路 我國在20世紀50年代,就提出了建筑的工業(yè)化問題。充分吸收了前蘇聯(lián)在建筑工業(yè)化方面的優(yōu)秀經(jīng)驗,開始在全國建筑行業(yè)推行標準化、工廠化、機械化,- 5 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 開展預(yù)制構(gòu)件和預(yù)制裝配式建筑。在20世紀的中后期,我國的建筑工業(yè)化程度達到了前所未有的高度。但是當時的預(yù)制裝配式

37、構(gòu)件就是簡單的構(gòu)件之間的拼接,并沒有形成可靠的相互連接,尤其是經(jīng)過了幾次大地震,預(yù)制裝配式建筑的抗震性能并不是十分理想,使人們開始將建筑施工方式由預(yù)制裝配式轉(zhuǎn)向現(xiàn)場整體澆注式。其實,當時的預(yù)制裝配式建筑是由于其本身的構(gòu)造存在了問題,而且在施工的過程中,其連接也并沒有充分的保證,但是預(yù)制裝配式建筑在國外如雨后春筍般的建設(shè)說明,其本身的概念是沒有問題的,在技術(shù)上走預(yù)制裝配式的建筑工業(yè)化道路也是絕對走得通的。1992年,我國政府發(fā)表了?中國21世紀議程?的白皮書,將人類的居住環(huán)境列為重要的內(nèi)容,至此住宅產(chǎn)業(yè)化的概念逐步進入我國35建筑行業(yè) 。 住宅產(chǎn)業(yè)化是我國住宅與房地產(chǎn)行業(yè)的一場革命。住宅產(chǎn)業(yè)化的

38、核心目標是提高住宅性能,用工業(yè)化生產(chǎn)的方式來建造住宅,提高住宅生產(chǎn)的勞動生產(chǎn)率,在降低本錢降低物耗的同時,提高住宅的整體質(zhì)量和品質(zhì)。最終實現(xiàn)住宅建筑的標準化,住宅建造工業(yè)化。 1999年,房地產(chǎn)的領(lǐng)軍人物 ?王石,開始帶著萬科探索中國的住宅產(chǎn)業(yè)化36-39之路 。2003年,萬科開始進行標準化運動,將研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化部品進行標準化規(guī)定,并儲存在萬科的標準化庫中。 2004年,萬科建立了PC預(yù)制結(jié)構(gòu)的1號試驗樓,試驗樓中從外部結(jié)構(gòu)和裝飾至內(nèi)部整體房價的裝修都是采用現(xiàn)象拼接的生產(chǎn)方式。2006年,萬科成為建設(shè)部批準的國家第一家住宅產(chǎn)業(yè)化基地,探索和研究綠色建筑的研發(fā)、應(yīng)用于推廣在大力提倡低碳環(huán)保節(jié)能的

39、今天,大家都開始關(guān)注傳統(tǒng)施工的弊病和住宅產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢,王石將住宅產(chǎn)業(yè)化作為萬科未來的核心競爭力,7>2021年萬科將完成住宅產(chǎn)業(yè)化進程。從2006年至今,建設(shè)部批準的國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地已有二十余家,中國的住宅產(chǎn)業(yè)化全面進入了中國房屋建設(shè)的舞臺。圖 1-7 萬科框架節(jié)點拼裝圖 - 6 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 以約束漿錨鋼筋搭接連接方式為核心,哈爾濱工業(yè)大學對住宅產(chǎn)業(yè)化中的預(yù)制構(gòu)件形式和施工工具進行了相應(yīng)的研發(fā),其中有一次成型帶保溫裝飾面的預(yù)制混凝土剪力墻、非承重填充隔墻板、混凝土預(yù)制樓梯、可調(diào)節(jié)拉壓兩用支撐桿等。迄今為止,共有創(chuàng)造專利五十余項,2021年,建設(shè)部批準黑龍江宇輝建

40、設(shè)集團為國家第13個國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地。2021年9月,由哈爾濱工業(yè)大學課題組制定的黑龍江省?預(yù)制裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)標準?開始實施,為黑龍江省和全國的住宅產(chǎn)業(yè)化開展做出了突出的奉獻,響應(yīng)了國家提倡的節(jié)能減排要求。 黑龍江宇輝建設(shè)集團已經(jīng)將住宅產(chǎn)業(yè)化理念與技術(shù)應(yīng)用于實際工程中 ?哈爾濱洛克小鎮(zhèn)小區(qū) 14#樓,該工程建筑面積 1.8 萬平方米,建筑層數(shù) 18 層;該工程為國內(nèi)第一棟采用約束漿錨鋼筋搭接連接技術(shù)的預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅。2021年,黑龍江宇輝建設(shè)集團在哈爾濱市松北區(qū)已建成 4棟 28層全預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻體系住宅,其高度到達 91.8m,該工程為國內(nèi)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)中第

41、一高度的建筑。在實際工程現(xiàn)場,現(xiàn)場施工作業(yè)較原現(xiàn)場澆注施工方便、簡單、快捷。圖1-8 中國住宅產(chǎn)業(yè)化施工街景圖 1-9 黑龍江宇輝集團國家住宅產(chǎn)業(yè)化基地廠房 - 7 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文圖 1-10 哈爾濱洛克小鎮(zhèn)小區(qū) 14#樓圖 1-11新新怡園小區(qū) 1.3.2 國內(nèi)預(yù)制混凝 土構(gòu)件連 接研究 從結(jié)構(gòu)形式上,國內(nèi)主要運用兩種體系,以萬科為代表的框架結(jié)構(gòu)外掛墻板體系和以哈爾濱工業(yè)大學與黑龍江宇輝集團合作為代表的預(yù)制混凝土剪力墻體系。國內(nèi)企業(yè)根本上是沿用了國外的技術(shù)形式,但是在建筑材料和施工方面還與國外有很大的差距。萬科將日本的部品生產(chǎn)技術(shù)原樣應(yīng)用于中國,使用日本的套筒連接方式;安

42、徽合肥引用并開發(fā)了德國的疊合板預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系,墻體內(nèi)外頁采用的是德國的材料,進行了水平拉筋連接,提高整體性,內(nèi)部為中國建筑標準混凝土和鋼筋;江蘇南通建設(shè)集團與東南大學合作,采用工業(yè)化全預(yù)制裝配整體式剪力墻技術(shù)體系(NPC體系),該體系中部品連接采用漿錨鋼筋搭接連接。 - 8 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文圖1-12 球墨鑄鐵套管連接圖1-13 漿錨搭接連接 鑒于國內(nèi)的住宅產(chǎn)業(yè)化設(shè)計施工中采用的部品連接技術(shù)大多是照搬國外的技術(shù),并沒有自主研發(fā)的核心內(nèi)容。且每種搭接方式都有缺乏之處,萬科采用日本套筒技術(shù)連接,原搬日本的技術(shù)與材料,在技術(shù)開展和材料使用方面都到限制;東南大學采用的漿錨鋼

43、筋搭接連接,鋼筋搭接連接外部未有相對應(yīng)的約束,連接處整體性缺乏。自2021年起,哈爾濱工業(yè)大學和黑龍江宇輝建設(shè)集團合作,分析了國內(nèi)外住宅產(chǎn)業(yè)化的多種結(jié)構(gòu)體系,做了大量的調(diào)研工作,決定將預(yù)制混凝土剪力墻體系作為重點研究方向?？偹苤?預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用的難點是構(gòu)件的連接,構(gòu)件的連接是否平安可靠關(guān)系著結(jié)構(gòu)整體的平安性,重要程度不言自明。哈爾濱工業(yè)大學提出了 “約束漿錨鋼筋搭接連接方式。 如圖1-14所示,具體措施為在預(yù)制構(gòu)件底部預(yù)留足夠長度的孔洞,下部鋼筋伸入定位后,再灌漿孔處注入灌漿料,并在其鋼筋搭接范圍內(nèi)的周圍用螺旋箍筋進行約束。經(jīng)過試驗證明,采用這種方式的鋼筋連接平安可靠。 待插入鋼筋 混凝

44、土試件 預(yù)埋鋼筋 預(yù)留孔洞 出氣孔 螺旋箍筋 灌漿孔圖1-14 約束漿錨鋼筋搭接連接 以約束漿錨鋼筋搭接連接為根底,哈爾濱工業(yè)大學進行了相關(guān)的深入研究與- 9 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 分析工作。2021 年,哈爾濱工業(yè)大學碩士研究生張海順進行了鋼筋的錨固和搭接的試驗研究: 1通過81個試件的約束漿錨鋼筋錨固試驗,其周圍配以構(gòu)造確定的螺旋箍筋,確定試件的屈服荷載、極限荷載、試驗的破壞現(xiàn)象等數(shù)據(jù),以此為依據(jù)確定鋼筋的搭接長度; 2在108個約束漿錨鋼筋搭接連接的試驗中,通過鋼筋的搭接長度依次進行減小,試驗中鋼筋的最小搭接長度是錨固長度的0.3倍,即l 0.3l 觀察試件的破壞模l a式

45、、試件的屈服與極限荷載和其對應(yīng)的鋼筋屈服程度,得出了合理的鋼筋搭接連接長度。理論計算中鋼筋的搭接長度為鋼筋的錨固長度的0.5倍,即l 0.5l ,考慮l a滿足結(jié)構(gòu)可靠度的要求和實際實施工程中易出現(xiàn)的偏差,取l 1.0l 。 l a3按實際剪力墻配筋情況,分別對暗柱縱筋直徑為12mm、14mm、16mm的約束漿錨預(yù)制混凝土剪力墻進行擬靜力試驗,鋼筋搭接長度取鋼筋錨固長度的1.0倍,即l 1.0l ,豎向不施加軸壓比,試驗證明約束漿錨鋼筋搭接連接方式連接可靠,滿l a40, 41足抗震和實際施工中的要求 。 4對約束漿錨鋼筋搭接連接細部構(gòu)件進行有限元分析,采用軟件為ANSYS。通過數(shù)值模擬分析結(jié)

46、果得出結(jié)論:鋼筋混凝土發(fā)生粘結(jié)錨固破壞時,鋼筋已出現(xiàn)屈服,幾乎沒有滑移。圖1-15 約束漿錨鋼筋搭接試驗 圖1-16 約束漿錨預(yù)制剪力墻擬靜力試驗 - 10 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文圖1-17 約束漿錨鋼筋錨固試驗圖1-18 約束漿錨預(yù)制剪力墻偏壓試驗 圖1-19 約束漿錨預(yù)制剪力墻子結(jié)構(gòu)試驗 2021年,哈爾濱工業(yè)大學碩士研究生張家齊進行了約束漿錨預(yù)制剪力墻的偏壓和軸壓試驗,理論計算結(jié)果與試驗實際結(jié)果相比擬,兩者根本吻合,說明構(gòu)件在不同受力情況下,連接性能良好。在哈爾濱工業(yè)大學結(jié)構(gòu)與抗震試驗室進行了用此連接方法的三層子結(jié)構(gòu)模型的擬靜力和擬動力試驗。結(jié)構(gòu)在處于彈性階段時根本不消耗能量

47、。隨著水平荷載的不斷增大,結(jié)構(gòu)位移相應(yīng)增大,但是仍滿足?高42層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程? 對極限位移角的要求;結(jié)構(gòu)剛度緩慢下降,耗能逐漸增多,結(jié)構(gòu)整體仍根本完好;輸入不同的地震波進行擬動力試驗時,輸入的地震波越大,結(jié)構(gòu)的所受的地震作用越大,220gal時,滯回曲線比擬飽滿。同時對- 11 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 于每個拼裝的進行靜壓試驗,說明約束漿錨鋼筋搭接連接的預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)43構(gòu)連接可靠,可以應(yīng)用于實際住宅產(chǎn)業(yè)化中 。 2021 年,哈爾濱工業(yè)大學課題組中碩士研究生趙培對鋼筋搭接連接進行了深入的研究,對 123 個約束漿錨鋼筋搭接連接試件施加單向拉伸和反復(fù)拉壓的荷載制度,考

48、慮了體積配箍率 和螺旋箍筋的約束作用。通過試驗現(xiàn)象、施加荷載與sv鋼筋應(yīng)變的對應(yīng)情況分別從現(xiàn)象和理論兩個方面進行了解釋和分析,將鋼筋的搭接長度與螺旋箍筋的體積配箍率建立關(guān)系式。根據(jù)此試驗?zāi)Ｐ徒⒂邢拊Ｐ?44模擬實際加載情況,與試驗數(shù)據(jù)相比擬,吻合根本良好 ,最終確定將鋼筋的搭接長度取為鋼筋的錨固長度的 1.0倍。 試驗根本結(jié)論為: 1搭接鋼筋的直徑分別為 12mm、16mm、20mm 時,分別采用不同的鋼筋搭接長度,l 1.0l 、l 1.2l 、l 1.4l 、l 1.6l(l 為鋼筋的錨固長度,l 為鋼筋的搭接l a l a l a l a a l長度),配置不同間距和環(huán)徑的螺旋箍筋,

49、進行有比照性的單向或是雙向反復(fù)拉壓試驗。 2沒有配置螺旋箍筋的情況下,試驗一般發(fā)生劈裂破壞;配置不同尺寸的螺旋箍筋時,在縱向鋼筋為屈服之前,試件為發(fā)生破壞,且隨著體積配箍率的增加,軸向拉壓的承載力增加,試件外部測得鋼筋的相對滑移根本為 0,說明鋼筋的搭接連接性能良好。 倍時,螺旋箍筋所測的鋼筋應(yīng)變增大,但是此時鋼筋的搭接良好。圖1-20 約束漿錨鋼筋搭接反復(fù)拉壓試驗 2021年,哈爾濱工業(yè)大學碩士研究生楊勇對連接界面的抗剪問題進行了深入研究,水平環(huán)筋的直徑、鍵槽尺寸的大小與數(shù)量、界面的粗糙程度都成為影響豎向剪力的因素。通過25個不同水平環(huán)筋直徑、鍵槽尺寸的組合而成的靜力直剪試驗,從試驗的破壞具

50、表達象和承載力的大小進行綜合評價,總結(jié)出直剪設(shè)計計算公式。將直剪設(shè)計模型應(yīng)用于剪力墻試件中,對3個約束漿錨帶豎縫預(yù)制剪力墻進行擬靜力試驗,同時有3個設(shè)計相同的現(xiàn)澆剪力墻試件進行比照,試驗說明,約束- 12 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 漿錨帶豎縫預(yù)制剪力墻在承載力方面比現(xiàn)澆墻稍有降低,但是滯回曲線更加飽滿,45延性更好,有良好的抗震性能 。圖 1-21 結(jié)合面抗剪試驗 圖 1-22 帶豎縫預(yù)制剪力墻擬靜力試驗 1.4 本文主要研究內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容是驗證鋼筋搭接長度為鋼筋錨固長度 1.0倍情況下,約束漿錨預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在 8 度區(qū)、采用直徑較大的鋼筋的可靠性。在哈爾濱工業(yè)大學

51、抗震試驗室進行預(yù)制混凝土剪力墻的低周往復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗,驗證連接性能是否良好。在進行本試驗之前,對考慮螺旋箍筋作用、鋼筋搭接長度的約束漿錨鋼筋搭接連接的研究,將體積配箍率與其他各種因素建立聯(lián)系,建立關(guān)系式。為了驗證此公式是否適用于實際預(yù)制混凝土剪力墻,本文采用的試驗配筋是根據(jù)此公式計算而得,為后期研究鋼筋極限搭接長度提供參考,本文具體研究方案分為三局部:1預(yù)制混凝土剪力墻低周往復(fù)荷載抗震性能試驗 采用約束漿錨鋼筋搭接連接技術(shù),按照現(xiàn)行標準中剪力墻結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計試驗中約束漿錨預(yù)制混凝土剪力墻,暗柱縱筋直徑分別采用 12mm、16mm、20mm。鋼筋的搭接長度取鋼筋錨固長度的 1.0倍。采用較大的鋼筋直徑是驗證約束漿錨預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在 8 度區(qū)是否適用,同時分別設(shè)計三個與其配筋、尺寸都相同的現(xiàn)澆混凝土剪力墻,進行低周往復(fù)荷載試驗,兩批試件工況相同。 2試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析 觀察預(yù)制混凝土剪力墻在試驗中的破壞特征,采集暗柱鋼筋、水平箍筋的應(yīng)變,試件的滯回曲線、骨架曲線、剛度退化程度、延性等指標進行分析,并與現(xiàn)澆混凝土剪力墻進行比照,對約束漿錨預(yù)制混凝土剪力墻進行抗震性能的綜合評價。根據(jù)試驗中剪力墻的實際承載力和破壞狀態(tài),推導(dǎo)預(yù)制混凝土剪力墻構(gòu)件的- 13 - 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 計算公式