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郭正興:裝配整體式混凝土結構關鍵技術研究與應用

發布時間:2015-06-25瀏覽次數: 1034

1、預制裝配混凝土剪力墻結構試驗研究與試點工程應用


預制裝配混凝土剪力墻結構有3種主要形式,即裝配剪力墻結構、裝配框架結構、裝配框架-剪力墻結構。研究預制裝配混凝土剪力墻結構的目的在于:探索合理的預制墻板構件間的連接方法和抗震性能;為試點工程應用提供通過專家論證的科學依據;為編制地方技術規程和標準圖集提供技術依據;為推廣應用提供工程質量檢查和竣工驗收標準依據。


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中南建設海門30層預制裝配剪力墻住宅


1.1 裝配式剪力墻邊緣構造優化及前期試驗研究


東南大學開展的第一代裝配式剪力墻邊緣構造優化即針對海門33號樓預制裝配剪力墻高層住宅樓項目。豎向鋼筋(HRB400,邊緣構件6Φ14,中部4Φ12)采用金屬波紋管漿錨搭接連接;水平鋼筋(HRB400,Φ10@200)采用普通形式,在墻肢邊緣構件內彎折90°彎鉤錨固。按剪力墻構造設計圖集說明,計算中可部分考慮其對混凝土的約束,但具體多少未明示,設計院雖然一般不考慮,但構造仍然要求這么做;低周反復加載的試件邊緣構件采用箍筋(HPB235,Φ8@100)+拉筋形式圍箍6Φ14邊緣構件內豎向鋼筋。


1.2 裝配式剪力墻邊緣扣接封閉箍筋專利構造的提出


裝配式剪力墻邊緣扣接封閉箍筋在100m裝配房屋中得到應用,2013年4月底完成低周反復加載試驗。試件豎向鋼筋(HRB400,邊緣構件6Φ16,中部4Φ14),較之前直徑提高,因沈陽屬7度(0.10g)抗震設防區,且考慮100m建筑高度,抗震等級至少二級,若為一級,則豎向鋼筋需提高至邊緣構件8Φ16,中部6Φ14,采用金屬波紋管漿錨搭接連接;水平鋼筋(HRB400,Φ10@200)采用封閉形式,在邊緣構件保持連續,在墻肢中部搭接焊接,形成封閉效果;邊緣構件箍筋(HPB300,Φ8@100/50扣接封閉箍筋)采用新型專利扣接封閉箍筋構造Φ8@100,在最外側4Φ16圍箍 箍筋在搭接高度范圍內間距加密,為Φ8@50。


1.3 預制裝配剪力墻結構的構件連接節點


“三合一”預制剪力墻裝配節點,一般為預制剪力墻邊緣構件豎向鋼筋灌漿變形鋼管套筒漿錨連接+剪力墻分布鋼筋金屬波紋漿錨連接+邊緣構件底部環箍扣搭加密設置。


1.4 鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻空間結構模型低周反復加載試驗


預制裝配式結構中,接縫和鋼筋連接等細部構造較多且復雜,難以以現有的計算機技術實現預制裝配式結構的動力彈塑性時程分析,因此其抗震性能研究較為困難。而預制拼縫是裝配式構件的薄弱部位,荷載作用下預制拼縫存在豎向荷載下開裂位移和水平相對滑移,使得鋼筋承受拉(壓)、剪、彎的復雜內力。


開展鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻空間結構模型低周反復試驗,可以確定裝配式混凝土剪力墻空間結構的內力分布情況、塑性鉸發展情況;對比不同連接方式(金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接和新型套筒鋼筋漿錨連接)對裝配式混凝土剪力墻結構抗震性能的影響;提取應用于整體結構抗震性能進行評價的參數取值,對整體結構動力時程分析進行修正。


該試驗的加載裝置包括預埋金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接和新型鋼套筒鋼筋漿錨連接兩個裝配式剪力墻空間結構模型。目前已完成預埋金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻空間結構模型的試驗研究。


試驗測試結果表明,鋼筋預埋金屬波紋管鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻結構具有較高的承載力和較好的延性,能夠實現等效于現澆結構的設計原則。


1.5 預制裝配混凝土剪力墻結構試點工程應用


中南建設集團2011年完成了南通海門中南世紀城33~36號樓(9+1)層預制裝配整體式混凝土剪力墻住宅樓試點工程;2014年5月25日國內首幢32層百米預制裝配整體式混凝土剪力墻住宅主體結構封頂。


1.6 游牧式預制裝配技術的提出及試點工程應用


臺灣潤泰集團最新推行現場部分構件采用類似游牧式方式預制,所有設備包括墊層都采用可搬遷可移動方式,如同蒙古包游牧方式,搬遷后不影響現場原有土地使用。公路預應力混凝土橋梁一般采用游牧式預制方法,在就近場地建立預制構件生產基地,定型鋼模預制,自然養護。


1.7 江蘇元大預制裝配雙板疊合剪力墻結構體系及試點工程應用


該體系預制墻體間連接特色是U形鋼筋伸入上部雙板墻中部間隙內,現澆灌縫混凝土形成搭接連接。


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預制墻體連接


2、預制裝配混凝土框架結構試驗研究與試點工程應用


2.1日本預制拼裝結構


2.1.1 日本預制拼裝結構理念


日本認為預制裝配建筑分為預制混凝土(PCa)與預應力混凝土(PC)兩種,PCa的優點是高強度和高質量的混凝土部品,可實現定型化構件的批量生產;PC的優點是混凝土構件形成預壓應力,采用壓接方式拼裝。


PC在日本主要應用在裝配式框架結構中,采用預應力方式壓接,屬于裝配速度快的“干節點”。其操作要點是拼縫無收縮砂漿灌縫,樓板采用預制與現澆結合的疊合樓板,預制柱的柱筋連接采用灌漿鋼套筒連接。


2.1.2 日本預制裝配框架案例(干式拼接節點)


日本歧阜的安部工業辦公樓采用預制構件整體預應力裝配技術建造,樓板采用預制預應力雙T板,跨度20m;柱、梁均預制,柱亦施加預應力,采用預應力拼裝的“干節點”連接;預制梁非常美觀,符合精益建造。


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預制梁


東京都醫院綜合研究所采用預制裝配式混凝土框架結構,梁柱框架采用預制,預應力裝配,樓板采用壓型鋼板的現澆混凝土板。預應力筋采用高耐久性的環氧涂層鋼絞線;運至工地的預制梁,設有安裝人員的扶手索,工人作業用的工具全部拴掛在褲帶上,防止工具墜落。


2.2 GDPS鋼筋漿錨對接連接的灌漿變形鋼管套筒接頭


國家行業預制裝配混凝土結構規程中對框架及剪力墻結構構件間鋼筋連接方法作出了具體原則性的規定,強調了在結構和構件重要受力部位的鋼筋連接宜采用灌漿鋼套筒方式連接。


預制混凝土構件需要構件間鋼筋可靠連接,如柱-柱間的豎向鋼筋連接、柱-梁間的水平鋼筋連接、墻-墻間的豎向鋼筋連接、墻-梁間的水平鋼筋連接。


1)預制構件間鋼筋連接方法分類?鋼筋漿錨搭接連接分為鋼管抽芯成孔鋼筋漿錨搭接連接、金屬波紋管成孔搭接連接;鋼筋漿錨對接連接分為半灌漿鋼套筒連接和全灌漿鋼套筒連接。


2)國內相關標準對鋼筋灌漿套筒連接的基本要求?《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T 3982—2012第5.5條:灌漿套筒應與灌漿料匹配使用,采用灌漿套筒連接鋼筋接頭的抗拉強度應符合JGJ 107中I級接頭的規定。鋼筋機械連接技術規程》JGJ 107—2010第3.0.4條規定:接頭應根據抗拉強度、殘余變形以及高應力和大變形條件下反復拉壓性能的差異,分為三個性能等級。其中:I級接頭抗拉強度等于被連接鋼筋的實際拉斷強度或小于1.0倍鋼筋抗拉強度標準值,殘余變形小并具有高延性及反復拉壓性能。


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GDPS鋼筋接頭


3)中建-東南大學的GDPS全灌漿套筒?鋼筋漿錨對接連接的灌漿變形鋼管套筒接頭(已申請發明專利,ground deformed pipe splice,簡稱GDPS鋼筋接頭),及與GDPS灌漿套筒配套的高性能灌漿料已完成研發,鑒定后可批量生產銷售。


作者:東南大學 郭正興