预制混凝土剪力墙抗震性能试验及约束浆锚搭接极限的研究

1、预制混凝土剪力墙抗震性能试验及约束浆锚搭接极限的研究 国内图书分类号:TU375 学校代码:10213 国际图书分类号:624 密级:公开工学硕士学位论文预 制混凝 土剪 力墙抗 震性 能试验 及约 束浆锚搭 接极限 研究硕 士 研 究 生 : 邰晓峰 导 师 : 姜洪斌 副教授 申请学位 : 工学硕士 学科 : 结构工程 所 在 单 位 : 土木工程学院 答 辩 日 期 : 2021年 7 月 授予学位单位 : 哈尔滨工业大学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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 预制混凝土结构具有标准、精确、节能、高效的建筑设计施工优点,在国家大力倡导节能减排的外部环境下,预制混凝土结构适宜在城市大量采用。预制混凝土结构核心技术问题是预制构件现场连接,预制构件的连接是否可靠是技术关键。哈尔滨工业大学通过研究与探索,自主研发约束浆锚钢筋搭接连接,解决了混凝土结构中预制构件的连接问题,并将此种钢筋搭接连接的方式用于预制混凝土剪

4、力墙体系中,在实际工程中取得了良好的效果。自 2021年至今,哈尔滨工业大学对钢筋的搭接长度和相应的构造措施进行了深入的试验和理论研究,充分考虑螺旋箍筋这种约束措施对于钢筋搭接连接的影响,将钢筋的搭接长度取为钢筋锚固长度的 1.0倍。提出偏于平安的理论计算设计方法和相应的构造要求。 本文是在前期研究根底上,将其结论应用于 8 度区、边缘受力纵筋直径较大的高层预制混凝土剪力墙结构中足尺预制剪力墙试件,取钢筋的搭接长度为钢筋锚固长度的 1.0倍。制作三片预制混凝土剪力墙试件,其边缘约束纵筋的直径分别为 12mm、16mm 和 20mm。同时制作三片现浇剪力墙试件,边缘约束纵筋的直径与预制剪力墙试件

5、一一对应,试件尺寸、钢筋配筋皆为相同。通过六片剪力墙试件进行低周往复荷载作用下的抗震性能试验,得出约束浆锚预制剪力墙试件和与其对应的现浇剪力墙试件的退化刚度、承载能力、延性和耗能能力等指标,并进行比照。承载力方面,预制混凝土剪力墙与现浇混凝土剪力墙相比,有小幅度的提高。预制混凝土剪力墙受压区在螺旋箍筋的约束下,内部没有发生破坏,现浇混凝土剪力墙受压区混凝土完全压溃。 在试验根底上,将建立钢筋搭接长度与螺旋箍筋配箍率的力学模型和关系式进行了简化,更易于在住宅产业化施工中使用。同时,将钢筋搭接连接细部试件进行有限元模拟,比照原分析试验结果与模拟结果,吻合根本良好,钢筋的搭接长度与锚固长度之比小于

6、1.0时,连接仍然可靠,结合理论计算和有限元模拟,提出了理论钢筋最小搭接长度,为后期试验下一步减小钢筋搭接长度提供理论支撑。改良标准中对剪力墙偏压计算和混凝土剪力墙参数的设定,通过试验与有限元模拟可以此试验证明了约束浆锚钢筋搭接连接性能可靠,可应用于 8 度区住宅产业化的开展与应用中。关键词 :装配整体式;预制混凝土剪力墙结构;钢筋搭接连接;低周往复荷载试验;抗震性能分析- I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 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 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 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 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目 录 摘 要. I ABSTRACT II 第 1 章 绪 论1 1.1 课题背景及研究意义. 1 1.2 国外住宅产业化的开展研究状况2 1.2.1 国外住宅产业化的开展 2 1.2.2 国内外粘结锚固和预制混凝土结构抗震性能研究. 3 1.3 国内住宅产业化的开展与研究 5 1.3.1 中国住宅产业化的开展之路. 5 1.3.2 国内预制混凝土构件连接研究 8 1.4 本文主要研究内容 13 第 2 章 预制混凝土剪力墙抗震性能

20、试验. 15 2.1 引言 15 2.2 试件设计与制作. 15 2.2.1 试件设计. 15 2.2.2 试件制作. 17 2.3 材料材性试验19 2.4 试验方案及测量内容21 2.4.1 加载制度. 21 2.4.2 测量内容. 22 2.4.3 加载装置. 24 2.5 试验破坏现象25 2.5.1 预制混凝土剪力墙试验破坏现象 25 2.5.2 现浇混凝土剪力墙试验破坏现象 29 2.5.3 试件破坏过程分析 34 2.6 本章小结. 36 第 3 章 试验结果分析37 3.1 引言 37 3.2 荷载和位移分析. 37 3.3 滞回曲线. 38 骨架曲线. 41 3.5 钢筋应变

21、. 44 - IV - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 3.5.1 水平钢筋应变44 3.5.2 纵向钢筋应变47 3.6 试件刚度. 50 3.6.1 试件刚度变化的三折线模型50 3.6.2 试件刚度退化53 3.7 试件延性和能量耗散59 3.7.1 试件延性. 59 3.7.2 试件承载力降低性能61 3.7.3 试件能量耗散62 3.8 预制剪力墙承载力分析. 64 3.9 本章小结. 67 第 4 章 纵筋极限搭接长度研究. 68 4.1 引言 68 4.2 极限搭接长度机理 68 4.2.1 即将开裂. 72 4.2.2 开裂瞬间. 74 4.2.3 箍筋屈服. 75 4.3 约

22、束浆锚钢筋搭接连接有限元模拟78 4.3.1 软件介绍及模型选择78 4.3.2 模型本构关系选择 78 4.3.3 模型建立. 79 4.3.4 模型结果分析81 4.4 螺旋箍筋配筋设计建议. 83 4.5 本章小结. 85 结 论86 参考文献 87 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明90 致 谢91- V - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景及研究意义 提到住宅产业化,最早应追溯到上世纪60年代,在日本提出了住宅产业化的概念,它的具体意义是采用工业化的方式建造民用建筑,可以很大程度上提高建筑生产的效率和建筑质量,并将整体建筑行业进行纵向整

23、合,将建筑从设计到施工验收全部过程整合为一套完整的系统,形成产供销一体化,依靠科技的力量,使建筑行业整体无论是理念还是方法方面有了长足的开展与进步。第二次世界大战以后,经过战争的洗礼,一些西方和日本的兴旺国家根底设施遭到了严重的破坏,与此同时,西方兴旺国家城市化开展也正有条不紊地进行着,城市人口数量急剧增加,经济学家称这个阶段的现象为 “房荒现象,住宅的需求量比以往有了很大的增加,有关建筑方面的施工与技术人员数量严重缺乏,因此把建筑进行产业化的开展成为了这些国家的一种必然的趋势。 半个世纪以来,我国建筑行业的建设与施工可以被定义为资源消耗型。土地、水资源和能源消耗大,人均耕地面积不断减少,20

24、21 年的统计数字说明,全国耕地的总面积为 18.26 亿亩,已经接近国家规定的 18 亿亩红线;世界权威环境中心统计数字说明,世界所有大中城市中,中国城市在水资源缺少程度和环境污染程度上比外国城市严重得多。这些都必须使我们认识到,过去传统的建筑施工方法对于现代社会的开展与人类的生存产生了诸多不利的影响,当我们强调开展的同1时,不能以能源和资源过度地消耗为代价 。同时,我国建筑行业的现实是,仍继续按原有的浪费资源型方法进行建筑工程施工。但是越来越多的人已经开始意识到,现代的住宅建设与开发,不能再以严重消耗既有自然资源为代价,不能只是依靠简单的施工工艺和廉价劳动力来继续开展。我们必须紧跟社会开展

25、趋势和国家相应政策,遵照生态和可持续开展的原那么,依靠科技进步,调整产业结构,发2展住宅产业化,建设新时代,新时期,新概念的节能环保型科技住宅 。 大力推进住宅产业化的开展,可以满足开展 “节能省地环保型住宅的各种需求,3满足国家提出的建设绿色住宅的建议 。综合统计数字说明:与传统的施工方式相比,注入住宅产业化理念建筑的住宅现场的建筑垃圾减少 83%,建筑材料的消耗减少约 60%,建筑施工中水、电的节约也很明显,均可以到达 50%以上,同时建筑周期大大减少,一座 18层的住宅楼,使用住宅产业化的生产方式,时间仅为现在施工时间的三分之一。与此同时,建筑的施工质量有了很大的提高,预制构件由于在住宅

26、产业化基地集中生产,其精确度比现场木模施工高,每个拼装试件的误差在 3mm 以内,构件预制成型后,其外表平整度偏差小于 0.1%,如此优越的施- 1 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 工质量和施工周期,再加上国家文件与政策的大力推广,开展住宅产业化将会带来巨大的经济与社会效益。 目前建筑结构专业人员研究预制构件多在研究预制构件的连接,这也是住在产业化在技术上的核心问题,只有在满足平安使用的条件下,才能将这种绿色建筑体系在中国的各个地区得到普遍采用。国内已经有清华大学、哈尔滨工业大学和东南大学等几个高校科研机构对预制混凝土结构体系进行了研究与探索。哈尔滨工业大学与黑龙江宇辉建设集团从 2021

27、年起对具有中国住宅产业化进行了深入且广泛的研究,提出约束浆锚预制混凝土剪力墙结构体系,钢筋的搭接长度取钢筋的锚固长度的 1.0倍、外侧有螺旋箍筋约束、内部灌入灌浆料情况下,连接可靠,受力明确。本文是在前期结果下将约束浆锚钢筋搭接连接应用于 8 度区、暗柱纵筋较大的预制混凝土剪力墙结构,验证在结构中采用约束浆锚钢筋搭接连接的安全使用性。 1.2 国外住宅产业化的开展 研究状况 1.2.1 国外住宅产业 化的开展 “住宅产业这个名词最早出现在 20 世纪 60 年代的日本,其后一段的时间内,住宅产业化的理念在欧美地区建筑设计施工中大行其道,装配式大板建筑为主的建筑施工模式在理论和方法上都得到了充分

28、的开展。 西方国家实施住宅产业化已经有 50余年,迄今为止,西方许多兴旺国家使用住宅产业化理念建设的房屋占总建设房屋一半以上。在前苏联和东欧的各个国家的建筑工程中也融入了住宅产业化的理念,将预制构件在工厂加工后到现场进行拼接可以很大程度上提高施工速度和质量,满足了当时各个国家的急迫需求,对六七十年代西方国家经济腾飞做出了奉献。北欧国家都已经将模数法制化、标准化,这个也是国际标准化组织指定的 ISO 标准的根本依据。中低层的建筑大量采4用预制混凝土墙板,同时满足了建筑效果的要求 。在西欧各个国家中,政府对住宅节能减排均给予从分重视,不惜以建筑造价本钱提高为代价,开展标准模式建设的节能型住宅。法国

29、是典型的代表,在 20世纪五十年代,法国就开始推进建筑工业化,开始时为大板式预制构件与现浇支模相结合的建筑方式,后在七十年代研发并应用相应的构件部品及建筑设备,在政府的政策引导下,大力开展框架、板柱式结构,加快施工速度。澳大利亚结构师采用预制混凝土和钢构架组成的 “组装 HO USE也是住宅产业化中的典型代表。作为提出住宅产业化的日本,开始批量生产住宅也是源于二战后期出现的 “房荒现象,此后的几十年间,日本住宅产业迅猛开展,90 年代以后,日本的装配整体式住宅占整体住宅数量 1/4 以上,将部5-10品与住宅列入法律保障,充分保障了购置者利益,使住宅产业健康有序的开展 。 - 2 - 哈尔滨工

30、业大学工学硕士学位论文图 1-1 施工现场图 1.2.2 国内外粘结锚 固和预制 混凝土 结 构抗震性 能研究 国外早在 20 世纪中期就对钢筋搭接锚固和预制混凝土结构进行相应的研究。预制混凝土结构的核心是构件的有效可靠连接,研究连接的前提是对钢筋和混凝土粘结和锚固性能的研究。20 世纪中期,国外就开始对混凝土与钢筋的粘结锚固11、12进行研究与试验分析。如 /.ns、M.Plowman 等人进行了早期钢筋粘结锚固的试验,并分析钢筋与混凝土界面影响粘结应力的这种因素。国内徐有邻、宋玉普等人通过受拉试验,得出粘结应力与粘结滑移之间的关系,将整个试验的破坏过程分为五个阶段,并根据试验结果回归了每个

31、阶段的公式。图 1-2 典型加载滑移曲线 预制剪力墙拟静力试验中的搭接钢筋实际受力状态为反复拉压,S.Morita, 13-15J.Houde, Sungnam Hong 等进行了反复拉压试验,并提出了相关的粘结滑移滞回模型。清华大学滕志明等根据试验结果,总结粘结应力值为: 0.35? 3.87f ?c d(1-1) t- 3 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 2S0.075 ?c d? 0.03 (1-2) 0 sv式中, ?峰值粘结应力; S ?峰值粘结应力对应的滑移值; 0 ?横向钢筋配筋率; svc ?混凝土保护层厚度; ?纵筋直径。 d 国外住宅产业化进行较早,国外对预制混凝土框架

32、结构和剪力墙结构进行分16、17别研究与探索。Priestley 等对五层框架建立建筑进行抗震性能试验,其框架与剪力墙均为预制混凝土结构,通过试验后期结果分析,剪力墙位移超过限值2.7%,18、19但是整个结构几乎没有损伤。J.L. Wilsona 等研究预制混凝土结构在低震、中震地区的抗震性能。使用能力谱方法,建立结构与根底整体的有限元模型,在装配整体式的研究中,在节点及接缝研究的根底上,对装配式剪力墙结构的整体抗20-22震性能进行研究,给出了结构与根底深度的关联因素。Sidney Freedman等人介绍了多种预制混凝土墙板,如中空墙板、带肋墙板、双T型墙板等,并把每种墙板的具体工程实践

33、工程举出,同时介绍不同结构体系中预制混凝土构件的受力情23-25况。Basel Djazmati 等对于预制剪力墙结构中,高度不同、受水平荷载不同、形状不同的剪力墙用悬臂梁单元进行模拟,采用ANSYS中的Solid 45单元,取得了26良好的效果。以此同时,/.ad 等也证明了预制剪力墙结构模型中,采取悬臂梁模型与进行复杂的有限元比照分析,结果很接近。开展新型装配式住宅结构体系结构足尺装配单元墙体和节点模型、带楼板的剪力墙平面模型的性能试验研究,验证新型装配式住宅结构体系的单元和局部承载能力、变形能力和抗震性27 28能 。Khaled A.Soudki等 对于低碳钢的不同种连接方式分别进行了

34、预制剪力墙的拟静力试验,在墙体距底面高度600mm处进行搭接连接,连接方式如下列图:图1-3连接方式1 图1-4连接方式2 - 4 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-5连接方式3 图1-6连接方式4 由其结果可知,套管连接竖向钢筋并水平设计键槽试件承载力最大,墙片底部设置键槽可以提高整体的承载力。套管连接延性较好。针对于预制混凝土剪力墙,一般有几种方式的抗震性能研究试验与分析,以合肥国家住宅产业化基地引、29 30进德国混凝土叠合板式住宅这一背景,任军,叶献国 研究不同轴压比下叠合板式剪力墙的抗震性能,采用MS模型对剪力墙进行分析, 与拟静力试验结果比照, 取得了较好的计算结果, 证明针

35、对叠合板式剪力墙建立计算模型的正确性和参数31取用的合理性, 能够适用于后续研究中对该结构体系进行模拟计算分析。Henry设计了几组低碳钢的剪力键,将其应用于预制混凝土的墙体中,在试验与数值模32拟的比照中,其抗震性能有了很大提高。Tony Holden等 几何相似地预制混凝土悬臂墙装置与普通标准的装置在准静力的反向周期侧向载荷下已经的构造和测试,使用支撑-约束模型,得到的各项性能的偏差为下降2.5%,延性耗能能力良好。张33同亿,张兴虎等 也同样采用而来拟静力的试验方法,同时经过理论推导,得出了通过配置V型钢筋和键槽的设计的限制滑移装配整体式复合墙的计算公式,而且34其钢筋混凝土的恢复力模型

36、建议采用硬化型三线性。张敬薇,钱稼茹等 对于预制圆孔板剪力墙进行了非线性有限元分析,并与拟静力试验结果进行了比照,吻合良好。圆孔板剪力墙在破坏时的裂缝以斜裂缝为主,在墙面的中心得以表达,并没有出现塑性铰,有良好的抗震性能。 1.3 国内住宅产业化的开展 与研究 1.3.1 中国住宅产业 化的开展 之路 我国在20世纪50年代,就提出了建筑的工业化问题。充分吸收了前苏联在建筑工业化方面的优秀经验,开始在全国建筑行业推行标准化、工厂化、机械化,- 5 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 开展预制构件和预制装配式建筑。在20世纪的中后期,我国的建筑工业化程度达到了前所未有的高度。但是当时的预制装配式

37、构件就是简单的构件之间的拼接,并没有形成可靠的相互连接,尤其是经过了几次大地震,预制装配式建筑的抗震性能并不是十分理想,使人们开始将建筑施工方式由预制装配式转向现场整体浇注式。其实,当时的预制装配式建筑是由于其本身的构造存在了问题,而且在施工的过程中,其连接也并没有充分的保证,但是预制装配式建筑在国外如雨后春笋般的建设说明,其本身的概念是没有问题的,在技术上走预制装配式的建筑工业化道路也是绝对走得通的。1992年,我国政府发表了?中国21世纪议程?的白皮书,将人类的居住环境列为重要的内容,至此住宅产业化的概念逐步进入我国35建筑行业 。 住宅产业化是我国住宅与房地产行业的一场革命。住宅产业化的

38、核心目标是提高住宅性能,用工业化生产的方式来建造住宅,提高住宅生产的劳动生产率,在降低本钱降低物耗的同时,提高住宅的整体质量和品质。最终实现住宅建筑的标准化,住宅建造工业化。 1999年,房地产的领军人物 ?王石,开始带着万科探索中国的住宅产业化36-39之路 。2003年,万科开始进行标准化运动,将研发的产业化部品进行标准化规定,并储存在万科的标准化库中。 2004年,万科建立了PC预制结构的1号试验楼,试验楼中从外部结构和装饰至内部整体房价的装修都是采用现象拼接的生产方式。2006年,万科成为建设部批准的国家第一家住宅产业化基地,探索和研究绿色建筑的研发、应用于推广在大力提倡低碳环保节能的

39、今天,大家都开始关注传统施工的弊病和住宅产业化的优势,王石将住宅产业化作为万科未来的核心竞争力,7>2021年万科将完成住宅产业化进程。从2006年至今,建设部批准的国家住宅产业化基地已有二十余家,中国的住宅产业化全面进入了中国房屋建设的舞台。图 1-7 万科框架节点拼装图 - 6 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 以约束浆锚钢筋搭接连接方式为核心,哈尔滨工业大学对住宅产业化中的预制构件形式和施工工具进行了相应的研发,其中有一次成型带保温装饰面的预制混凝土剪力墙、非承重填充隔墙板、混凝土预制楼梯、可调节拉压两用支撑杆等。迄今为止,共有创造专利五十余项,2021年,建设部批准黑龙江宇辉建

40、设集团为国家第13个国家住宅产业化基地。2021年9月,由哈尔滨工业大学课题组制定的黑龙江省?预制装配整体式混凝土剪力墙结构技术标准?开始实施,为黑龙江省和全国的住宅产业化开展做出了突出的奉献,响应了国家提倡的节能减排要求。 黑龙江宇辉建设集团已经将住宅产业化理念与技术应用于实际工程中 ?哈尔滨洛克小镇小区 14#楼,该工程建筑面积 1.8 万平方米,建筑层数 18 层;该工程为国内第一栋采用约束浆锚钢筋搭接连接技术的预制混凝土剪力墙结构住宅。2021年,黑龙江宇辉建设集团在哈尔滨市松北区已建成 4栋 28层全预制钢筋混凝土剪力墙体系住宅,其高度到达 91.8m,该工程为国内预制混凝土结构中第

41、一高度的建筑。在实际工程现场,现场施工作业较原现场浇注施工方便、简单、快捷。图1-8 中国住宅产业化施工街景图 1-9 黑龙江宇辉集团国家住宅产业化基地厂房 - 7 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图 1-10 哈尔滨洛克小镇小区 14#楼图 1-11新新怡园小区 1.3.2 国内预制混凝 土构件连 接研究 从结构形式上,国内主要运用两种体系,以万科为代表的框架结构外挂墙板体系和以哈尔滨工业大学与黑龙江宇辉集团合作为代表的预制混凝土剪力墙体系。国内企业根本上是沿用了国外的技术形式,但是在建筑材料和施工方面还与国外有很大的差距。万科将日本的部品生产技术原样应用于中国,使用日本的套筒连接方式;安

42、徽合肥引用并开发了德国的叠合板预制混凝土剪力墙结构体系,墙体内外页采用的是德国的材料,进行了水平拉筋连接,提高整体性,内部为中国建筑标准混凝土和钢筋;江苏南通建设集团与东南大学合作,采用工业化全预制装配整体式剪力墙技术体系(NPC体系),该体系中部品连接采用浆锚钢筋搭接连接。 - 8 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-12 球墨铸铁套管连接图1-13 浆锚搭接连接 鉴于国内的住宅产业化设计施工中采用的部品连接技术大多是照搬国外的技术,并没有自主研发的核心内容。且每种搭接方式都有缺乏之处,万科采用日本套筒技术连接,原搬日本的技术与材料,在技术开展和材料使用方面都到限制;东南大学采用的浆锚钢

43、筋搭接连接,钢筋搭接连接外部未有相对应的约束,连接处整体性缺乏。自2021年起,哈尔滨工业大学和黑龙江宇辉建设集团合作,分析了国内外住宅产业化的多种结构体系,做了大量的调研工作,决定将预制混凝土剪力墙体系作为重点研究方向。总所周知,预制混凝土结构应用的难点是构件的连接,构件的连接是否平安可靠关系着结构整体的平安性,重要程度不言自明。哈尔滨工业大学提出了 “约束浆锚钢筋搭接连接方式。 如图1-14所示,具体措施为在预制构件底部预留足够长度的孔洞,下部钢筋伸入定位后,再灌浆孔处注入灌浆料,并在其钢筋搭接范围内的周围用螺旋箍筋进行约束。经过试验证明,采用这种方式的钢筋连接平安可靠。 待插入钢筋 混凝

44、土试件 预埋钢筋 预留孔洞 出气孔 螺旋箍筋 灌浆孔图1-14 约束浆锚钢筋搭接连接 以约束浆锚钢筋搭接连接为根底,哈尔滨工业大学进行了相关的深入研究与- 9 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 分析工作。2021 年,哈尔滨工业大学硕士研究生张海顺进行了钢筋的锚固和搭接的试验研究: 1通过81个试件的约束浆锚钢筋锚固试验,其周围配以构造确定的螺旋箍筋,确定试件的屈服荷载、极限荷载、试验的破坏现象等数据,以此为依据确定钢筋的搭接长度; 2在108个约束浆锚钢筋搭接连接的试验中,通过钢筋的搭接长度依次进行减小,试验中钢筋的最小搭接长度是锚固长度的0.3倍,即l 0.3l 观察试件的破坏模l a式

45、、试件的屈服与极限荷载和其对应的钢筋屈服程度,得出了合理的钢筋搭接连接长度。理论计算中钢筋的搭接长度为钢筋的锚固长度的0.5倍,即l 0.5l ,考虑l a满足结构可靠度的要求和实际实施工程中易出现的偏差,取l 1.0l 。 l a3按实际剪力墙配筋情况,分别对暗柱纵筋直径为12mm、14mm、16mm的约束浆锚预制混凝土剪力墙进行拟静力试验,钢筋搭接长度取钢筋锚固长度的1.0倍,即l 1.0l ,竖向不施加轴压比,试验证明约束浆锚钢筋搭接连接方式连接可靠,满l a40, 41足抗震和实际施工中的要求 。 4对约束浆锚钢筋搭接连接细部构件进行有限元分析,采用软件为ANSYS。通过数值模拟分析结

46、果得出结论:钢筋混凝土发生粘结锚固破坏时,钢筋已出现屈服,几乎没有滑移。图1-15 约束浆锚钢筋搭接试验 图1-16 约束浆锚预制剪力墙拟静力试验 - 10 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图1-17 约束浆锚钢筋锚固试验图1-18 约束浆锚预制剪力墙偏压试验 图1-19 约束浆锚预制剪力墙子结构试验 2021年,哈尔滨工业大学硕士研究生张家齐进行了约束浆锚预制剪力墙的偏压和轴压试验,理论计算结果与试验实际结果相比拟,两者根本吻合,说明构件在不同受力情况下,连接性能良好。在哈尔滨工业大学结构与抗震试验室进行了用此连接方法的三层子结构模型的拟静力和拟动力试验。结构在处于弹性阶段时根本不消耗能量

47、。随着水平荷载的不断增大,结构位移相应增大,但是仍满足?高42层建筑混凝土结构技术规程? 对极限位移角的要求;结构刚度缓慢下降,耗能逐渐增多,结构整体仍根本完好;输入不同的地震波进行拟动力试验时,输入的地震波越大,结构的所受的地震作用越大,220gal时,滞回曲线比拟饱满。同时对- 11 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 于每个拼装的进行静压试验,说明约束浆锚钢筋搭接连接的预制混凝土剪力墙结43构连接可靠,可以应用于实际住宅产业化中 。 2021 年,哈尔滨工业大学课题组中硕士研究生赵培对钢筋搭接连接进行了深入的研究,对 123 个约束浆锚钢筋搭接连接试件施加单向拉伸和反复拉压的荷载制度,考

48、虑了体积配箍率 和螺旋箍筋的约束作用。通过试验现象、施加荷载与sv钢筋应变的对应情况分别从现象和理论两个方面进行了解释和分析,将钢筋的搭接长度与螺旋箍筋的体积配箍率建立关系式。根据此试验模型建立有限元模型,44模拟实际加载情况,与试验数据相比拟,吻合根本良好 ,最终确定将钢筋的搭接长度取为钢筋的锚固长度的 1.0倍。 试验根本结论为: 1搭接钢筋的直径分别为 12mm、16mm、20mm 时,分别采用不同的钢筋搭接长度,l 1.0l 、l 1.2l 、l 1.4l 、l 1.6l(l 为钢筋的锚固长度,l 为钢筋的搭接l a l a l a l a a l长度),配置不同间距和环径的螺旋箍筋,

49、进行有比照性的单向或是双向反复拉压试验。 2没有配置螺旋箍筋的情况下,试验一般发生劈裂破坏;配置不同尺寸的螺旋箍筋时,在纵向钢筋为屈服之前,试件为发生破坏,且随着体积配箍率的增加,轴向拉压的承载力增加,试件外部测得钢筋的相对滑移根本为 0,说明钢筋的搭接连接性能良好。 倍时,螺旋箍筋所测的钢筋应变增大,但是此时钢筋的搭接良好。图1-20 约束浆锚钢筋搭接反复拉压试验 2021年,哈尔滨工业大学硕士研究生杨勇对连接界面的抗剪问题进行了深入研究,水平环筋的直径、键槽尺寸的大小与数量、界面的粗糙程度都成为影响竖向剪力的因素。通过25个不同水平环筋直径、键槽尺寸的组合而成的静力直剪试验,从试验的破坏具

50、表达象和承载力的大小进行综合评价,总结出直剪设计计算公式。将直剪设计模型应用于剪力墙试件中,对3个约束浆锚带竖缝预制剪力墙进行拟静力试验,同时有3个设计相同的现浇剪力墙试件进行比照,试验说明,约束- 12 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 浆锚带竖缝预制剪力墙在承载力方面比现浇墙稍有降低,但是滞回曲线更加饱满,45延性更好,有良好的抗震性能 。图 1-21 结合面抗剪试验 图 1-22 带竖缝预制剪力墙拟静力试验 1.4 本文主要研究内容 本文研究的主要内容是验证钢筋搭接长度为钢筋锚固长度 1.0倍情况下,约束浆锚预制混凝土剪力墙结构在 8 度区、采用直径较大的钢筋的可靠性。在哈尔滨工业大学

51、抗震试验室进行预制混凝土剪力墙的低周往复荷载作用下的抗震性能试验,验证连接性能是否良好。在进行本试验之前,对考虑螺旋箍筋作用、钢筋搭接长度的约束浆锚钢筋搭接连接的研究,将体积配箍率与其他各种因素建立联系,建立关系式。为了验证此公式是否适用于实际预制混凝土剪力墙,本文采用的试验配筋是根据此公式计算而得,为后期研究钢筋极限搭接长度提供参考,本文具体研究方案分为三局部:1预制混凝土剪力墙低周往复荷载抗震性能试验 采用约束浆锚钢筋搭接连接技术,按照现行标准中剪力墙结构的配筋设计试验中约束浆锚预制混凝土剪力墙,暗柱纵筋直径分别采用 12mm、16mm、20mm。钢筋的搭接长度取钢筋锚固长度的 1.0倍。采用较大的钢筋直径是验证约束浆锚预制混凝土剪力墙结构在 8 度区是否适用,同时分别设计三个与其配筋、尺寸都相同的现浇混凝土剪力墙,进行低周往复荷载试验,两批试件工况相同。 2试验数据结果分析 观察预制混凝土剪力墙在试验中的破坏特征,采集暗柱钢筋、水平箍筋的应变,试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化程度、延性等指标进行分析,并与现浇混凝土剪力墙进行比照,对约束浆锚预制混凝土剪力墙进行抗震性能的综合评价。根据试验中剪力墙的实际承载力和破坏状态,推导预制混凝土剪力墙构件的- 13 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 计算公式