《全装配式RC楼盖平面内受力性能与结构抗震设计方法》

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装配式混凝土(RC)结构具有优越的经济、社会、环境效益和良好的结构性能,在国外经济较发达地区已被普遍使用,在国内的研究和应用也方兴未艾。中国流行装配整体式RC结构,采用“等同现浇”的设计和建造方式。装配整体式结构便于在原有模式下推广,但鲜有结构体系上的突破,材料用量多于现浇结构,经济性等同或优于现浇结构难度很大,且建造质量不容乐观,因此需摆脱等同现浇束缚,发展全装配式结构体系。

2011年以来,该项目以国家科技支撑计划和国家自然科学基金等为依托,完成了全装配式结构体系研发、结构承载力与抗震设计方法等关键技术的基础研究与工程实践,实现了全装配RC楼盖结构体系的原始创新和结构设计技术的集成创新。主要技术创新为:

1、研发了分布式连接新型全装配RC楼盖体系(DCNPD)。在水平荷载作用下,板缝连接节点可传递楼盖平面内剪力和弯矩,提高了楼盖的平面内刚度和整体性;在竖向荷载作用下,板底和板顶连接件可传递横板向的弯矩(双向传力)、企口传递竖向剪力,提高了楼盖的承载力和刚度。试验表明:DCNPD具有较大的平面内刚度(是传统装配式楼盖的1.78倍)和较好的整体性能;竖向加载至设计荷载的4.16倍时挠度仅为同条件下传统装配式楼盖的44.5%。

2、构建了板缝节点纯拉(压)、纯剪和拉(压)剪耦合作用下的恢复力模型。提出了发卡-盖板混合式板缝节点匹配设计方法,并以试验结果进行检验;进行了不同拉(压)剪比下的节点复合受力性能试验,考虑了节点拉压不等强现象,更好地揭示节点复合受力机理;以丰富试验数据和试验现象为基础,构建了板缝节点复合作用下的恢复力模型。

3、提出了DCNPD平面内刚度理论计算方法。在板缝节点恢复力模型为和楼盖平面内试验的基础上构建基于构件层次能模拟节点拉(压)剪耦合受力机理、具有接触摩擦工作机制和强(刚)度退化机制等特性的数值分析模型及其本构关系,建立楼盖2D精细数值分析模型;以等效梁模型理论和能量变分法为基础,提出了DCNPD平面内刚度理论计算方法,为结构总刚度矩阵中楼盖刚度的确定提供依据。

4、揭示了新型楼盖建筑结构动力响应特性、提出了结构抗震设计方法。构建了面向空间结构分析的板缝节点连接元数值分析模型和本构关系,建立DCNPD建筑结构3D精细数值分析模型,进行了结构动力弹塑性时程分析,系统揭示了地震作用下结构的地震响应规律;提出DCNPD建筑结构考虑楼盖平面内实际刚度的简化抗震分析模型,确定DCNPD建筑结构地震作用计算方法和抗震验算方法。

该项目获授权发明专利5项,实用新型专利4项,论文15篇(SCI/EI收录8篇),著作1部,标准1部,获省教育厅科技成果一等奖和二等奖各1项。研究成果已在河南、上海、广东、福建和重庆等地区装配式生产基地建设与工程设计与建造过程中应用,产生经济效益4102万。

成果说明

楼(屋)盖除承受楼面竖向荷载,传递和分配水平地震作用以外,在结构中还占有很大的比重(体量和造价等),其重要性是显而易见的。现浇楼盖和装配整体式楼盖种需大量湿作业和现场作业,造成质量不易控、资源浪费和环境污染等问题严重,全装配式RC楼盖是工业化建筑的发展方向,但因其受理性能整体楼盖差异较大,不能沿袭现有规范进行结构设计,限制了该类结构的工程应用。 该项目以分布式连接新型全装配RC楼盖为研究对象,通过试验、数值模拟和理论分析相结合的方法,对板缝节点、楼盖平面内受理机理和采用新型楼盖的多高层建筑地震相应机理与

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