部分预制装配型钢混凝土结构构件截面

型钢混凝土结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种结构体系。其因良好的受力性能和抗震性能,在上海环球金融中心、上海金茂大厦、武汉绿地中心、陕西信息大厦等超高层建筑中大量应用,同时也在一些复杂不规则建筑及高层建筑的转换层等重要部位大量应用。但是,由于型钢混凝土结构施工工序偏多且现场施工较复杂,型钢混凝土结构在常见的多层和高层建筑中应用相对较少,影响和制约了型钢混凝土结构的推广应用。

预制装配混凝土结构是以预制构件为主要受力构件并经装配连接而成的混凝土结构。相比现浇混凝土结构,预制装配混凝土结构在提高劳动生产率、机械化水平、工程质量和加快施工进度以及降低现场湿作业量、建筑垃圾、扬尘、噪音污染等方面具有明显优势。

随着型钢混凝土结构和预制装配混凝土结构的发展和应用,全预制装配型钢混凝土结构应运而生,其能很好地弥补型钢混凝土结构在施工方面的不足,且绿色环保、经济效益高、工业化程度高。但因全预制装配型钢混凝土构件截面和自重较大,运输及现场吊装成本较高,并且各构件连接时的可靠性和结构整体性不易保证,所以其抗震性能差于现浇型钢混凝土结构,推广应用受到较大的限制。

鉴于此,本书作者课题组在全预制装配型钢混凝土结构基础上,提出部分预制装配型钢混凝土结构 (PPSRC 结构 ) 。

PPSRC结构示意图

PPSRC结构的主要施工方法是预先制作好型钢混凝土构件 ( 梁、柱、剪力墙等 ) 的型钢、钢筋骨架和外部混凝土部分,运输至工地安装再后浇内部混凝土,从而形成部分预制、部分现浇的型钢混凝土结构。PPSRC 结构蕴含着“组合、叠合、混合”设计思想,其中,组合是指将型钢、高性能混凝土和普通混凝土等不同材料元件进行优化组合,以充分发挥不同材料元件的性能优势;叠合是指通过合理构造方式使预制部分和现浇部分有效叠合,形成部分预制、部分现浇的叠合构件;混合是指采用合理连接方式将不同类型的构件、结构进一步混合装配,形成混合构件和混合结构。由于预制部分具有足够强度和刚度,PPSRC 结构可以实现施工阶段免模板和免临时支撑;同时由于外部预制混凝土和内部现浇混凝土可以采用不同类型和不同强度等级的混凝土,即预制部分可以使用超高性能混凝土、活性粉末混凝土等高性能混凝土,现浇部分可以使用普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土等混凝土,PPSRC 结构可以很好地实现差异化使用材料的需求和优势。总体而言,PPSRC 结构与现浇型钢混凝土结构、全预制装配型钢混凝土结构相比,在受力性能、施工建造效率、高性能材料应用等方面均有显著优势,也符合《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T 51231—2016)等提倡的预制和现浇结合的设计理念,是一种具有良好应用前景的新型预制装配建筑结构体系。

本书主要对 PPSRC 结构的梁和柱进行介绍。全书共 9 章,主要内容如下。

(1)PPSRC 梁的受弯性能研究。结合大量的试验研究结果,分析预制与现浇混凝土强度、截面形式对试件破坏形态和受弯承载力的影响,并采用有限元分析软件进行参数分析。同时,基于平截面假定建立 PPSRC 梁的受弯承载力计算方法和变形计算公式。

(2)PPSRC 梁的受剪性能研究。结合大量的试验研究结果,重点分析剪跨比、现浇混凝土强度、型钢类型等参数对其受剪性能的影响,并基于桁架-拱模型建立PPSRC 梁的受剪承载力计算公式。

PPSRC 梁结构示意图

(3)PPSRC 柱的轴压性能研究。结合大量的试验研究结果,着重考察空心截面柱和实心截面柱、内部混凝土强度等级、配箍率以及抗剪栓钉等参数对柱破坏形态及轴压承载力的影响规律。基于已有箍筋约束混凝土本构模型,提出十字型钢约束混凝土本构模型。借助 ABAQUS 有限元软件对足尺试件不同截面配钢率、体积配箍率、内部混凝土强度、抗剪栓钉等参数进行分析,结合现有规范,建立PPSRC 柱轴压承载力计算公式。

(4)PPSRC 柱的偏压性能研究。将空心截面柱和实心截面柱、内部混凝土强度等级、相对偏心距作为重点研究参数,开展大量的试验研究,对 PPSRC 柱偏压荷载下的破坏形态和正截面受弯承载力的影响规律进行全面分析。借助 ABAQUS有限元分析软件对足尺 PPSRC 柱在不同偏心距下内部混凝土强度等级、混凝土外壳预制率和截面配钢率等参数对试件正截面受弯承载力的影响进行分析。同时,建立 PPSRC 柱正截面受弯承载力计算方法和 PPSRC 柱使用阶段挠度计算公式。

(5)PPSRC 柱压剪性能研究。结合大量的试验研究结果,分析剪跨比、轴压比和内部混凝土强度对柱受剪性能的影响。借助 ABAQUS 有限元软件分析足尺PPSRC 柱在不同内部混凝土强度等级、不同剪跨比和不同轴压力下斜截面受剪承载力的变化规律。

PPSRC 柱结构示意图

(6)PPSRC 柱的抗震性能研究。结合 PPSRC 长柱和短柱构件的拟静力试验研究,分析截面形式、剪跨比、轴压力、配筋率、配箍率与内部现浇混凝土强度对PPSRC 柱抗震性能的影响。并基于试验研究结果和 OpenSees 平台提出纤维截面与非线性剪切弹簧组合模型,对 PPSRC 长柱和短柱构件的抗震性能进行数值分析和参数分析。

(7)基于剪切变形的协调条件,提出适用于 PPSRC 柱构件的斜截面受剪承载力计算方法,根据现有文献建立试验结果数据库,并采用数据库的试验结果对模型进行了验证,提出了相关设计方法与建议。

SRC 柱构件受剪承载力计算模型的计算流程图

部分预制装配型钢混凝土结构

杨勇 等 著

北京:科学出版社,2021.9

责任编辑:杨 丹

内容简介

本书系统介绍作者团队在部分预制装配型钢混凝土结构方面的研究工作和取得的成果,具体内容包括:部分预制装配型钢混凝土梁的受弯、受剪性能研究;部分预制装配型钢混凝土柱的轴压、偏压、压剪和抗震性能研究;部分预制装配型钢混凝土柱的受剪承载力计算方法研究。本书内容具有较好的系统性、理论性和实用性,可为部分预制装配型钢混凝土结构及预制装配组合结构的设计研究提供理论依据和科学支撑。

本书可作为高等院校土木工程、桥梁工程、工程力学专业本科生和研究生教材,也可供预制装配结构和组合结构的研究、设计和施工人员参考。

目录速览

前言

(本期编辑: 王芳)

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