1、預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 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 師 : 姜洪斌 副教授 申請學位 : 工學碩士 學科 : 結構工程 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哈爾濱工業大學工學碩士學位論文 摘 要 預制混凝土結構具有標準、精確、節能、高效的建筑設計施工優點,在國家大力倡導節能減排的外部環境下,預制混凝土結構適宜在城市大量采用。預制混凝土結構核心技術問題是預制構件現場連接,預制構件的連接是否可靠是技術關鍵。哈爾濱工業大學通過研究與探索,自主研發約束漿錨鋼筋搭接連接,解決了混凝土結構中預制構件的連接問題,并將此種鋼筋搭接連接的方式用于預制混凝土剪

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,哈爾濱工業大學對鋼筋的搭接長度和相應的構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計方法和相應的構造要求。 本文是在前期研究根底上,將其結論應用于 8 度區、邊緣受力縱筋直徑較大的高層預制混凝土剪力墻結構中足尺預制剪力墻試件,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。同時制作三片現澆剪力墻試件,邊緣約束縱筋的直徑與預制剪力墻試件

5、一一對應,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荷載作用下的抗震性能試驗,得出約束漿錨預制剪力墻試件和與其對應的現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,預制混凝土剪力墻與現澆混凝土剪力墻相比,有小幅度的提高。預制混凝土剪力墻受壓區在螺旋箍筋的約束下,內部沒有發生破壞,現澆混凝土剪力墻受壓區混凝土完全壓潰。 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系式進行了簡化,更易于在住宅產業化施工中使用。同時,將鋼筋搭接連接細部試件進行有限元模擬,比照原分析試驗結果與模擬結果,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的設定,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,可應用于 8 度區住宅產業化的開展與應用中。關鍵詞 :裝配整體式;預制混凝土剪力墻結構;鋼筋搭接連接;低周往復荷載試驗;抗震性能分析- I - 哈爾濱工業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 國外住宅產業化的開展研究狀況2 1.2.1 國外住宅產業化的開展 2 1.2.2 國內外粘結錨固和預制混凝土結構抗震性能研究. 3 1.3 國內住宅產業化的開展與研究 5 1.3.1 中國住宅產業化的開展之路. 5 1.3.2 國內預制混凝土構件連接研究 8 1.4 本文主要研究內容 13 第 2 章 預制混凝土剪力墻抗震性能

20、試驗. 15 2.1 引言 15 2.2 試件設計與制作. 15 2.2.1 試件設計. 15 2.2.2 試件制作. 17 2.3 材料材性試驗19 2.4 試驗方案及測量內容21 2.4.1 加載制度. 21 2.4.2 測量內容. 22 2.4.3 加載裝置. 24 2.5 試驗破壞現象25 2.5.1 預制混凝土剪力墻試驗破壞現象 25 2.5.2 現澆混凝土剪力墻試驗破壞現象 29 2.5.3 試件破壞過程分析 34 2.6 本章小結. 36 第 3 章 試驗結果分析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 鋼筋應變

21、. 44 - IV - 哈爾濱工業大學工學碩士學位論文 3.5.1 水平鋼筋應變44 3.5.2 縱向鋼筋應變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 預制剪力墻承載力分析. 64 3.9 本章小結. 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 模型本構關系選擇 78 4.3.3 模型建立. 79 4.3.4 模型結果分析81 4.4 螺旋箍筋配筋設計建議. 83 4.5 本章小結. 85 結 論86 參考文獻 87 哈爾濱工業大學學位論文原創性聲明及使用授權說明90 致 謝91- V - 哈爾濱工業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 提到住宅產業化,最早應追溯到上世紀60年代,在日本提出了住宅產業化的概念,它的具體意義是采用工業化的方式建造民用建筑,可以很大程度上提高建筑生產的效率和建筑質量,并將整體建筑行業進行縱向整

23、合,將建筑從設計到施工驗收全部過程整合為一套完整的系統,形成產供銷一體化,依靠科技的力量,使建筑行業整體無論是理念還是方法方面有了長足的開展與進步。第二次世界大戰以后,經過戰爭的洗禮,一些西方和日本的興旺國家根底設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,城市人口數量急劇增加,經濟學家稱這個階段的現象為 “房荒現象,住宅的需求量比以往有了很大的增加,有關建筑方面的施工與技術人員數量嚴重缺乏,因此把建筑進行產業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,我國建筑行業的建設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 年的統計數字說明,全國耕地的總面積為 18.26 億畝,已經接近國家規定的 18 億畝紅線;世界權威環境中心統計數字說明,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,過去傳統的建筑施工方法對于現代社會的開展與人類的生存產生了諸多不利的影響,當我們強調開展的同1時,不能以能源和資源過度地消耗為代價 。同時,我國建筑行業的現實是,仍繼續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開始意識到,現代的住宅建設與開發,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開展。我們必須緊跟社會開展

25、趨勢和國家相應政策,遵照生態和可持續開展的原那么,依靠科技進步,調整產業結構,發2展住宅產業化,建設新時代,新時期,新概念的節能環保型科技住宅 。 大力推進住宅產業化的開展,可以滿足開展 “節能省地環保型住宅的各種需求,3滿足國家提出的建設綠色住宅的建議 。綜合統計數字說明:與傳統的施工方式相比,注入住宅產業化理念建筑的住宅現場的建筑垃圾減少 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,使用住宅產業化的生產方式,時間僅為現在施工時間的三分之一。與此同時,建筑的施工質量有了很大的提高,預制構件由于在住宅

26、產業化基地集中生產,其精確度比現場木模施工高,每個拼裝試件的誤差在 3mm 以內,構件預制成型后,其外表平整度偏差小于 0.1%,如此優越的施- 1 - 哈爾濱工業大學工學碩士學位論文 工質量和施工周期,再加上國家文件與政策的大力推廣,開展住宅產業化將會帶來巨大的經濟與社會效益。 目前建筑結構專業人員研究預制構件多在研究預制構件的連接,這也是住在產業化在技術上的核心問題,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得到普遍采用。國內已經有清華大學、哈爾濱工業大學和東南大學等幾個高校科研機構對預制混凝土結構體系進行了研究與探索。哈爾濱工業大學與黑龍江宇輝建設集團從 2021

27、年起對具有中國住宅產業化進行了深入且廣泛的研究,提出約束漿錨預制混凝土剪力墻結構體系,鋼筋的搭接長度取鋼筋的錨固長度的 1.0倍、外側有螺旋箍筋約束、內部灌入灌漿料情況下,連接可靠,受力明確。本文是在前期結果下將約束漿錨鋼筋搭接連接應用于 8 度區、暗柱縱筋較大的預制混凝土剪力墻結構,驗證在結構中采用約束漿錨鋼筋搭接連接的安全使用性。 1.2 國外住宅產業化的開展 研究狀況 1.2.1 國外住宅產業 化的開展 “住宅產業這個名詞最早出現在 20 世紀 60 年代的日本,其后一段的時間內,住宅產業化的理念在歐美地區建筑設計施工中大行其道,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業化已經有 50余年,迄今為止,西方許多興旺國家使用住宅產業化理念建設的房屋占總建設房屋一半以上。在前蘇聯和東歐的各個國家的建筑工程中也融入了住宅產業化的理念,將預制構件在工廠加工后到現場進行拼接可以很大程度上提高施工速度和質量,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濟騰飛做出了奉獻。北歐國家都已經將模數法制化、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。中低層的建筑大量采4用預制混凝土墻板,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,開展標準模式建設的節能型住宅。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化,開始時為大板式預制構件與現澆支模相結合的建筑方式,后在七十年代研發并應用相應的構件部品及建筑設備,在政府的政策引導下,大力開展框架、板柱式結構,加快施工速度。澳大利亞結構師采用預制混凝土和鋼構架組成的 “組裝 HO USE也是住宅產業化中的典型代表。作為提出住宅產業化的日本,開始批量生產住宅也是源于二戰后期出現的 “房荒現象,此后的幾十年間,日本住宅產業迅猛開展,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,使住宅產業健康有序的開展 。 - 2 - 哈爾濱工

30、業大學工學碩士學位論文圖 1-1 施工現場圖 1.2.2 國內外粘結錨 固和預制 混凝土 結 構抗震性 能研究 國外早在 20 世紀中期就對鋼筋搭接錨固和預制混凝土結構進行相應的研究。預制混凝土結構的核心是構件的有效可靠連接,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錨固的試驗,并分析鋼筋與混凝土界面影響粘結應力的這種因素。國內徐有鄰、宋玉普等人通過受拉試驗,得出粘結應力與粘結滑移之間的關系,將整個試驗的破壞過程分為五個階段,并根據試驗結果回歸了每個

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

32、結構和剪力墻結構進行分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制混凝土結構,通過試驗后期結果分析,剪力墻位移超過限值2.7%,18、19但是整個結構幾乎沒有損傷。J.L. Wilsona 等研究預制混凝土結構在低震、中震地區的抗震性能。使用能力譜方法,建立結構與根底整體的有限元模型,在裝配整體式的研究中,在節點及接縫研究的根底上,對裝配式剪力墻結構的整體抗20-22震性能進行研究,給出了結構與根底深度的關聯因素。Sidney Freedman等人介紹了多種預制混凝土墻板,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,同時介紹不同結構體系中預制混凝土構件的受力情23-25況。Basel Djazmati 等對于預制剪力墻結構中,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 等也證明了預制剪力墻結構模型中,采取懸臂梁模型與進行復雜的有限元比照分析,結果很接近。開展新型裝配式住宅結構體系結構足尺裝配單元墻體和節點模型、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構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 由其結果可知,套管連接豎向鋼筋并水平設計鍵槽試件承載力最大,墻片底部設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,以合肥國家住宅產業化基地引、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, 與擬靜力試驗結果比照, 取得了較好的計算結果, 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31取用的合理性, 能夠適用于后續研究中對該結構體系進行模擬計算分析。Henry設計了幾組低碳鋼的剪力鍵,將其應用于預制混凝土的墻體中,在試驗與數值模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向載荷下已經的構造和測試,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,同時經過理論推導,得出了通過配置V型鋼筋和鍵槽的設計的限制滑移裝配整體式復合墻的計算公式,而且34其鋼筋混凝土的恢復力模型

36、建議采用硬化型三線性。張敬薇,錢稼茹等 對于預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,并沒有出現塑性鉸,有良好的抗震性能。 1.3 國內住宅產業化的開展 與研究 1.3.1 中國住宅產業 化的開展 之路 我國在20世紀50年代,就提出了建筑的工業化問題。充分吸收了前蘇聯在建筑工業化方面的優秀經驗,開始在全國建筑行業推行標準化、工廠化、機械化,- 5 - 哈爾濱工業大學工學碩士學位論文 開展預制構件和預制裝配式建筑。在20世紀的中后期,我國的建筑工業化程度達到了前所未有的高度。但是當時的預制裝配式

37、構件就是簡單的構件之間的拼接,并沒有形成可靠的相互連接,尤其是經過了幾次大地震,預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制裝配式轉向現場整體澆注式。其實,當時的預制裝配式建筑是由于其本身的構造存在了問題,而且在施工的過程中,其連接也并沒有充分的保證,但是預制裝配式建筑在國外如雨后春筍般的建設說明,其本身的概念是沒有問題的,在技術上走預制裝配式的建筑工業化道路也是絕對走得通的。1992年,我國政府發表了?中國21世紀議程?的白皮書,將人類的居住環境列為重要的內容,至此住宅產業化的概念逐步進入我國35建筑行業 。 住宅產業化是我國住宅與房地產行業的一場革命。住宅產業化的

38、核心目標是提高住宅性能,用工業化生產的方式來建造住宅,提高住宅生產的勞動生產率,在降低本錢降低物耗的同時,提高住宅的整體質量和品質。最終實現住宅建筑的標準化,住宅建造工業化。 1999年,房地產的領軍人物 ?王石,開始帶著萬科探索中國的住宅產業化36-39之路 。2003年,萬科開始進行標準化運動,將研發的產業化部品進行標準化規定,并儲存在萬科的標準化庫中。 2004年,萬科建立了PC預制結構的1號試驗樓,試驗樓中從外部結構和裝飾至內部整體房價的裝修都是采用現象拼接的生產方式。2006年,萬科成為建設部批準的國家第一家住宅產業化基地,探索和研究綠色建筑的研發、應用于推廣在大力提倡低碳環保節能的

39、今天,大家都開始關注傳統施工的弊病和住宅產業化的優勢,王石將住宅產業化作為萬科未來的核心競爭力,7>2021年萬科將完成住宅產業化進程。從2006年至今,建設部批準的國家住宅產業化基地已有二十余家,中國的住宅產業化全面進入了中國房屋建設的舞臺。圖 1-7 萬科框架節點拼裝圖 - 6 - 哈爾濱工業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,哈爾濱工業大學對住宅產業化中的預制構件形式和施工工具進行了相應的研發,其中有一次成型帶保溫裝飾面的預制混凝土剪力墻、非承重填充隔墻板、混凝土預制樓梯、可調節拉壓兩用支撐桿等。迄今為止,共有創造專利五十余項,2021年,建設部批準黑龍江宇輝建

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

41、一高度的建筑。在實際工程現場,現場施工作業較原現場澆注施工方便、簡單、快捷。圖1-8 中國住宅產業化施工街景圖 1-9 黑龍江宇輝集團國家住宅產業化基地廠房 - 7 - 哈爾濱工業大學工學碩士學位論文圖 1-10 哈爾濱洛克小鎮小區 14#樓圖 1-11新新怡園小區 1.3.2 國內預制混凝 土構件連 接研究 從結構形式上,國內主要運用兩種體系,以萬科為代表的框架結構外掛墻板體系和以哈爾濱工業大學與黑龍江宇輝集團合作為代表的預制混凝土剪力墻體系。國內企業根本上是沿用了國外的技術形式,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技術原樣應用于中國,使用日本的套筒連接方式;安

42、徽合肥引用并開發了德國的疊合板預制混凝土剪力墻結構體系,墻體內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,內部為中國建筑標準混凝土和鋼筋;江蘇南通建設集團與東南大學合作,采用工業化全預制裝配整體式剪力墻技術體系(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 鑒于國內的住宅產業化設計施工中采用的部品連接技術大多是照搬國外的技術,并沒有自主研發的核心內容。且每種搭接方式都有缺乏之處,萬科采用日本套筒技術連接,原搬日本的技術與材料,在技術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的約束,連接處整體性缺乏。自2021年起,哈爾濱工業大學和黑龍江宇輝建設集團合作,分析了國內外住宅產業化的多種結構體系,做了大量的調研工作,決定將預制混凝土剪力墻體系作為重點研究方向。總所周知,預制混凝土結構應用的難點是構件的連接,構件的連接是否平安可靠關系著結構整體的平安性,重要程度不言自明。哈爾濱工業大學提出了 “約束漿錨鋼筋搭接連接方式。 如圖1-14所示,具體措施為在預制構件底部預留足夠長度的孔洞,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的周圍用螺旋箍筋進行約束。經過試驗證明,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 預埋鋼筋 預留孔洞 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,哈爾濱工業大學進行了相關的深入研究與- 9 - 哈爾濱工業大學工學碩士學位論文 分析工作。2021 年,哈爾濱工業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、試驗的破壞現象等數據,以此為依據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滿足結構可靠度的要求和實際實施工程中易出現的偏差,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件進行有限元分析,采用軟件為ANSYS。通過數值模擬分析結

46、果得出結論:鋼筋混凝土發生粘結錨固破壞時,鋼筋已出現屈服,幾乎沒有滑移。圖1-15 約束漿錨鋼筋搭接試驗 圖1-16 約束漿錨預制剪力墻擬靜力試驗 - 10 - 哈爾濱工業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 約束漿錨預制剪力墻偏壓試驗 圖1-19 約束漿錨預制剪力墻子結構試驗 2021年,哈爾濱工業大學碩士研究生張家齊進行了約束漿錨預制剪力墻的偏壓和軸壓試驗,理論計算結果與試驗實際結果相比擬,兩者根本吻合,說明構件在不同受力情況下,連接性能良好。在哈爾濱工業大學結構與抗震試驗室進行了用此連接方法的三層子結構模型的擬靜力和擬動力試驗。結構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,結構位移相應增大,但是仍滿足?高42層建筑混凝土結構技術規程? 對極限位移角的要求;結構剛度緩慢下降,耗能逐漸增多,結構整體仍根本完好;輸入不同的地震波進行擬動力試驗時,輸入的地震波越大,結構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制混凝土剪力墻結43構連接可靠,可以應用于實際住宅產業化中 。 2021 年,哈爾濱工業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。通過試驗現象、施加荷載與sv鋼筋應變的對應情況分別從現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系式。根據此試驗模型建立有限元模型,44模擬實際加載情況,與試驗數據相比擬,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),配置不同間距和環徑的螺旋箍筋,

49、進行有比照性的單向或是雙向反復拉壓試驗。 2沒有配置螺旋箍筋的情況下,試驗一般發生劈裂破壞;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拉壓試驗 2021年,哈爾濱工業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,水平環筋的直徑、鍵槽尺寸的大小與數量、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,總結出直剪設計計算公式。將直剪設計模型應用于剪力墻試件中,對3個約束漿錨帶豎縫預制剪力墻進行擬靜力試驗,同時有3個設計相同的現澆剪力墻試件進行比照,試驗說明,約束- 12 - 哈爾濱工業大學工學碩士學位論文 漿錨帶豎縫預制剪力墻在承載力方面比現澆墻稍有降低,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 結合面抗剪試驗 圖 1-22 帶豎縫預制剪力墻擬靜力試驗 1.4 本文主要研究內容 本文研究的主要內容是驗證鋼筋搭接長度為鋼筋錨固長度 1.0倍情況下,約束漿錨預制混凝土剪力墻結構在 8 度區、采用直徑較大的鋼筋的可靠性。在哈爾濱工業大學

51、抗震試驗室進行預制混凝土剪力墻的低周往復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系,建立關系式。為了驗證此公式是否適用于實際預制混凝土剪力墻,本文采用的試驗配筋是根據此公式計算而得,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預制混凝土剪力墻低周往復荷載抗震性能試驗 采用約束漿錨鋼筋搭接連接技術,按照現行標準中剪力墻結構的配筋設計試驗中約束漿錨預制混凝土剪力墻,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制混凝土剪力墻結構在 8 度區是否適用,同時分別設計三個與其配筋、尺寸都相同的現澆混凝土剪力墻,進行低周往復荷載試驗,兩批試件工況相同。 2試驗數據結果分析 觀察預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,并與現澆混凝土剪力墻進行比照,對約束漿錨預制混凝土剪力墻進行抗震性能的綜合評價。根據試驗中剪力墻的實際承載力和破壞狀態,推導預制混凝土剪力墻構件的- 13 - 哈爾濱工業大學工學碩士學位論文 計算公式