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绿色复合剪力墙偏心受压承载力性能研究

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绿色复合剪力墙偏心受压承载力性能研究

121 工程技术 1 研究背景 我国作为一个建筑大国,建筑耗能居高不下,为改善建筑能耗, 建筑行业大力推行绿色节能建筑,建筑节能与绿色建筑发展“十二五” 规划指出大力开展住宅产业化,积极推广适合工业化生产的新型建 筑体系,加快形成预制装配式混凝土结构等工业化建筑体系;加快绿 色建筑核心技术体系研究,推动规模化技术集成与示范。基于这样的 背景,展开了对绿色复合剪力墙性能的研究。 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室研究了绿色复合 剪力墙结构的轴心受压承载力,全国各地就复合剪力墙的设计、施工 等陆续展开研究。大部分研究集中在计算方法、节能设计、施工方法 等方面,对其墙体力学性能的研究较少,本文集中研究绿色复合剪力 墙的偏心受压性能。 2 试验设计 设计2片绿色复合剪力墙和2片对比用的普通剪力墙。试验墙 片设计时根据高度、宽度相同,厚度方向混凝土厚度相同,配筋率 相同的原则进行设计。绿色复合剪力墙尺寸选用高度*宽度*高度 1500mm*1000mm*200mm,普通剪力墙尺寸选用高度*宽度*高度 1500mm*1000mm*140mm。根据复合保温钢筋焊接网架混凝土剪力 墙技术规程DBJ03-24-2011规定,绿色复合剪力墙配筋采用ф350 钢筋网片;普通剪力墙配筋为ф6200钢筋网片;配筋率都为2.02。 混凝土选用C30。 试验采用5000KN加载系统,通过设置刀口支座控制荷载作用线 与试件轴心线之间的距离,实现大偏压和小偏压的受压特点。采用连 续单调的加载方案,加载分为预加载和正式加载两个阶段。 3 开裂荷载、极限荷载研究 根据高层建筑混凝土结构设计规程(JGJ3-2010),绿色复合 剪力墙和普通剪力墙的开裂荷载用公式1计算 (1) 极限荷载运用大偏心受压极限荷载用2、3公式计算 (2) (3) 开裂荷载及极限荷载的计算结果见表1,用C-1表示绿色复合剪 力墙大偏心受压试件,用S-1表示普通剪力墙大偏心受压试件,用C-2 表示绿色复合剪力墙小偏心受压试件,用S-2表示普通剪力墙小偏心 受压试件。 绿色复合剪力墙偏心受压承载力性能研究 牛少儒,丁 锐 (内蒙古建筑职业技术学院,呼和浩特 010070) 摘 要本文通过对2组4个试验墙片的试验,对绿色复合剪力墙的大、小偏心受压破坏过程、破坏性能、极限荷载等力学性能进行研究,同 时与普通剪力墙进行对比,研究结果表明绿色复合剪力墙具有较好的承载能力和整体协调工作能力,能满足承载力要求。 关键词绿色复合剪力墙;力学性能;承载力 DOI10.16640/ki.37-1222/t.2019.12.105 表1 绿色复合剪力墙大偏心受压工况下开裂荷载与极限荷载 墙片 计算开 裂荷载 (KN) 实测开 裂荷载 (KN) 实测开裂荷 载/计算开 裂荷载 计算极 限荷载 (KN) 实测极 限荷载 (KN) 实测极限荷 载/计算极 限荷载 C-1 552 560 1.014 1381.2 1400 1.0129 S-1 540 533 0.987 1342.3 1332.8 0.9929 C-2 756 760 1.005 1898.5 1901.2 1.0014 S-2 727 724 0.996 1822.5 1810.6 0.9935 由上表分析可知 第一,大偏心工况下绿色复合墙体的实测开裂荷载与计算开裂荷 载基本一致,绿色复合墙体的实测极限荷载与计算极限荷载基本一致。 说明复合剪力墙体可以用该方法计算其开裂荷载和极限荷载。 第二,在大、小偏心工况下,绿色复合剪力墙的计算开裂荷载比 普通剪力墙2、4。实验测得的开裂比普通剪力墙大5;绿色复 合剪力墙的计算极限荷载较对比普通剪力墙大3、4,实验测得绿 色复合剪力墙的极限荷载较普通剪力墙大5。这是因为新型复合剪 力墙中间有一定厚度的保温层,并有钢筋和斜插筋将其中间保温层与 两侧墙体相连,形成整体墙片,所以试验时受力的实际截面面积大于 理论计算面积,导致其实测荷载值大于理论计算值。 第三,小偏心工况下绿色复合剪力墙的实测开裂荷载、极限荷载 与计算开裂荷载、极限荷载基本一致,说明复合剪力墙体可以用该方 法计算其开裂荷载和极限荷载。 4 大偏心受压过程研究 绿色复合剪力墙在大偏心受压荷载作用下,实验破坏过程分为三 个阶段 第一阶段弹性阶段绿色复合墙体在竖向荷载达到250KN 之前,墙体正面和侧面没有出现裂缝。当竖向荷载达到250KN时, 墙面出现第一道裂缝,竖向荷载即将达到560KN之前,墙面又先后 出现三条裂缝。根据试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷载-应变曲 线图和混凝土的荷载-应变曲线图可知,该阶段钢筋和混凝土的应变 的增加和荷载的增加基本成正比。 第二阶段弹塑性阶段绿色复合墙体在竖向荷载达到700KN 之前,没有新的裂缝出现,但是已出现的裂缝宽度却逐渐增加。根据 试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷载-应变曲线图和混凝土的荷载- 应变曲线图可知,可知钢筋和混凝土的荷载-应变曲线呈曲线状态; 相同荷载下钢筋的压应变比混凝土的压应变增加的快;说明墙体进入 弹塑性阶段。当加载到1000KN时,墙面又出现了新的裂缝,但裂缝 的宽度没有显著增大。当加载到1100KN时,墙面裂缝不断增加,裂 缝宽度变大,墙体有明显裂缝破坏现象。 第三阶段破坏阶段绿色复合墙体在竖向荷载1250KN之前, 墙体侧面出现较长裂缝。随着竖向荷载的增加,墙体裂缝逐渐贯通, 裂缝宽度明显变宽,钢筋和混凝土的压应变显著增大。当竖向荷载加 载到1400KN时,试验墙体有轻微破裂声,裂缝宽度显著变大,混凝 土被压碎,钢筋变形,试件破坏。 5 小偏心受压过程研究 绿色复合剪力墙在小偏心受压荷载作用下,实验破坏过程分为三 个阶段 第一阶段弹性阶段竖向荷载达到420KN之前,墙体两面 出现少量细微裂缝,随着竖向荷载增大,竖向裂缝数量逐渐增加。当 竖向荷载达到750KN时,细微裂缝逐渐延伸,形成细微贯通裂缝, 对墙体的刚度影响极小,根据试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷载- 应变曲线图和混凝土的荷载-应变曲线图可知,该阶段钢筋和混凝土 的应变的增加和荷载的增加基本成正比。 (下转第87页) 87 工程技术 根据成本策划说明计算出该工程成本值为64072023.17元,人工费、 材料费、其他费比例符合单位成本数据库同类工程占比范围,预计利 表5 工程成本一览表 润率为4.25,项目部严格按照成本策划进行成本控制,如遇变更签 证可进行调整,在施工过程中若某些费用项实际成本超策划,则分析 成本超支的原因。项目竣工后实际利润率为4.55,可见成本策划对 成本控制具有非常重要的约束作用。 3 应用总结 本文将成本策划用于工程施工成本控制中,并与公司成本数据相 结合,为施工过程中的成本控制提供了一种新的思路,同时鼓励施工 企业建立内部成本数据库对成本进行有效控制。 参考文献 [1]柯洪,郭婧娟等.建设工程计价[M].北京中国计划出版社,2017 10-12. (上接第107页) 叠合主梁分为上下层法兰螺栓连接,法兰孔公差要求较高,采用 先孔法或者后孔法均可操作;注意每根主梁两侧焊接时的焊接顺序等 保持一致,尽量避免焊接后变形偏差。上下层法兰分为五段下料,每 段间留取5mm间隙,预设1‰49100mm(总长)49.1mm的焊接 收缩余量,且要求焊接成型后总长为4910010mm。 2.2 叠合主梁组装拼焊 叠合主梁拼焊时,上下层分别在胎架上铆装后叠加在一起,调整 拱度并检验合格后再焊接,焊接时注意上下层连接法兰采用U型夹或 其他方式铆固,主梁两侧焊接时的焊接参数、焊接顺序及焊缝高度保 持一致,焊接过程中防止上下层产生滑移。叠合主梁上下层法兰孔公 差要求较高,采用先孔法或者后孔法均可操作;注意每根主梁两侧焊 接时的焊接顺序等保持一致,尽量避免焊接后变形偏差。 3 结语 本项目的叠合主梁结构验收达到预期效果,关键尺寸尤其主梁拱 度的控制、接头法兰等都控制在允许公差范围内,而且叠合梁其中一 个重要优势就是单个结构外形尺寸小,重量轻,极大地方便了内陆山 地公路运输环境。同时本次项目采用叠合主梁结构设计拓展了我院的 产品形式,为我院的同类产品设计制造提供了可以借鉴的宝贵经验。 参考文献 [1]陈克利,牛红旗,黄英杰,彭江沛.大截面叠合式箱梁制作工艺 探讨[J].2014年中国钢结构行业大会论文集,201410. [2]梁光意,邓卫贤,黄英杰.节段式叠合钢箱梁制造关键技术[J]. 2015年中国钢结构行业大会论文集,201511. [3]黄菊华,钱应平,李厚民.不同形式叠合梁的应力分析[J].湖北 工业大学学报,200806. [4]汤繁华,祝方才,李习平,吕晶晶,许宏伟.叠梁纯弯曲正应力 的理论与实验分析[J].实验科学与技术,201010. [5]胡宗武,汪西应,汪春生.起重机设计与实例[M].北京机械工 业出版社,2009. 叠合主梁节段连接板加工要求连接板需要实现互换,节段连接板 有条件的话采用钻模钻模内加钻套加工,如没有钻模,可每次加 工三四块,第一次加工的连接板作为以后加工的模板,注意最好不要 重复利用同一块连接板作模板。制作中,按照46m整体焊接完成后, 拱度调整合格后,进行节段接头连接板钻孔,过程中注意按照图纸拱 度放样尺寸控制,保证主梁预拱满足图纸要求;整个过程中,为了保 障节段拆除或者安装后,主梁整体拱度不平顺,可以适当调节节段之 间的间隙。 图3 (上接第121页) 第二阶段弹塑性阶段随着竖向荷载的增加,竖向裂缝不断 增加,不断向上向下延伸。根据试验中绿色复合剪力墙钢筋网片的荷 载-应变曲线图和混凝土的荷载-应变曲线图可知钢筋和混凝土的荷 载-应变曲线呈曲线状态,说明墙体进入弹塑性阶段。当竖向荷载达 到1550KN时,墙体较薄一侧首先出现竖向的贯通裂缝。荷载继续增加, 薄侧面的裂缝稍有缓慢加宽,墙体较厚一侧的混凝土裂缝也逐渐扩展, 向贯通裂缝发展。当竖向荷载超过1600KN时,试验墙体的承载力上 升缓慢。 第三阶段破坏阶段当竖向荷载超过1650KN后,试验墙体 侧面出现裂缝,墙体较厚一侧也出现了贯通裂缝,并且裂缝宽度逐渐 加大。墙体混凝土被压碎,伴有表面细小混凝土剥落现象。当竖向荷 载加载到1900KN时,出现爆裂声响,混凝土破裂,钢筋突然急速变形, 试件破坏。 6 结论 通过研究得出以下结论 (1)绿色复合墙体的破坏形态分为三个阶段弹性阶段、弹塑 性阶段和破坏阶段。绿色复合墙体能更好的分配荷载,协调变形;随 着偏心距的增加,裂缝也随着受力向墙体边缘移动,极限荷载也随着 减小。 (2)绿色复合剪力墙的开裂荷载、极限荷载实测值与计算值相 近,说明绿色复合剪力墙的承载力可以用普通剪力墙公式进行计算。 (3)绿色复合剪力墙的开裂荷载比普通剪力墙的大,随着偏心 距的增加,开裂荷载减小;绿色复合剪力墙比普通剪力墙的实测极限 荷载大5。随着偏心距增大,极限荷载明显减小。说明绿色复合剪 力墙在承载力方面满足结构要求。 参考文献 [1]GB500102010 混凝土结构设计规范[S].2010. [2]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].2010. [3]王凤来,李新.配筋砌块短肢砌体剪力墙偏压承载力试验[J]. 哈尔滨工业大学学报,2008,40101527-1531. [4]GB/T 501522012 混凝土结构试验方法标准[S].2012. 内蒙古自治区高等学校科学研究项目,项目编号NJZC14347

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