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1 江苏省产学研前瞻性联合研究项目 预制混凝土双板剪力墙结构关键技术研究 ( 项目编号 :BY ) 项目总结报告 东南大学 江苏元大建筑科技有限公司 二〇一七年六月十二日 - 1 -

2 一 项目概况预制混凝土双板剪力墙结构关键技术研究 ( 项目编号 : BY ) 于 2014 年 7 月立项, 项目负责人为东南大学郭正兴教授, 合作企业为江苏元大建筑科技有限公司, 项目总经费为 50 万元, 其中省财政拨款 30 万元, 自筹经费 20 万元 本项目采用试验研究 理论分析和工程应用相结合的研究方法, 主要针对装配式混凝土双板剪力墙 ( 简称 DWPC 剪力墙 ) 结构的抗震性能进行了较系统的试验研究, 并将 DWPC 剪力墙结构应用于高烈度区 (8 度 0.3g) 的工程实践, 从而为推动其在我国的应用和发展提供依据和参考 并结合 DWPC 剪力墙结构的优缺点, 提出了的 DWPC 剪力墙结构的应用建议, 以发挥其在新型建筑工业化进程中的作用 DWPC 剪力墙结构在装配式混凝土剪力墙结构中有巨大的优点, 整合后的 DWPC 剪力墙结构具有很大的成本优势, 适当的构造改进措施能使 DWPC 剪力墙结构的整体性能和抗震性能得到保证, 值得推广应用 通过试验研究和分析, 确认了本项目研究提出的 DWPC 剪力墙构造改进措施的可行性与可靠性 将经过试验验证的构造改进措施应用于示范工程的连接节点和构件的设计, 提出了适用于我国抗震区的 DWPC 墙体整体性改进措施, 并结合 DWPC 体系生产线的特点提出了相应的 DWPC 预制墙生产流程 二 项目实施情况 1 研发团队建设 - 1 -

3 项目立项后, 校企双方专门成立了 东大 江苏元大建筑科技工业化装配结构研发中心, 组建研究团队, 共同攻关 预制混凝土双墙板式剪力墙工业化装配住宅结构成套技术 表 1 联合研发团队 序号姓名职称学位 所在单位 1 郭正兴正高硕士东南大学 2 张显光正高其他江苏元大建筑科技有限公司 3 刘家彬副高博士东南大学 4 张钟元中级学士江苏元大建筑科技有限公司 5 肖全东中级博士东南大学 6 王小平中级学士江苏元大建筑科技有限公司 7 管东芝其他博士东南大学 2 项目研究实施进程 2014 年 3 月 年 3 月 : 项目调研 资料总结 研究实施方案和计划的制定, 实施大纲论证, 项目组逐步开展相关研究 2014 年 4 月 年 12 月 : 项目组全面开展相关关键技术的基础研究和试验研究, 争取技术有所突破, 并全力进行技术攻关 2015 年 1 月 年 9 月 : 项目组完成技术攻关, 解决项目的若干关键技术问题, 并将各分课题攻关后的技术进行系统化, 形成项目的关键成套技术成果, 并编写中期建材材料 2016 年 10 月 年 12 月 : 全面实施示范工程或系统, 完成有关标准和图集的编制或修订工作, 进行结题和验收 - 2 -

4 3 项目完成情况通过本项目的实施, 初步形成了具有江苏特色的可应用于抗震设防烈度 8 度地区 其最大适用高度基本等同现浇剪力墙结构的装配式混凝土双板剪力墙结构 ; 推广应用装配式混凝土双板剪力墙结构建筑示范楼 13 栋 ; 申报国家专利 4 项, 其中发明专利 2 项, 实用新型专利 2 项 ; 编制江苏省工程建设企业技术标准 预制混凝土双板叠合墙体系施工及质量验收规程 1 本 ; 公开发表学术论文 6 篇, 其中 EI 收录 4 篇 ; 编写研究报告 1 本 ; 培养研究生 3 人, 其中博士研究生 2 人 4 预算执行情况本项目实施过程中, 严格按照江苏省科技厅 财政厅的有关规定使用项目经费 项目经费使用情况如下表 : 表 2 项目经费使用情况 单位 : 万元 项目来源 项目编号 项目名称 江苏省产学研前瞻性联合研究项目 BY 装配式混凝土双板剪力墙结构关键技术研究 经费投入 经费支出 来源投入数科目支出数 其中 : 省拨款 支出数 投入合计 50 支出合计

5 1 省拨款 30 ( 一 ) 直接费用 部门 地方配套 0 1 设备费 承担单位自筹 20 (1) 设备购置费 其他来源 0 (2) 设备试制费 (3) 设备改造与租赁费 2 材料费 测试化验加工费 3 4 燃料动力费 4 5 差旅费 会议费 国际合作与交流费 8 出版 / 文献 / 信息传播 / 知 识产权事务费 劳务费 专家咨询费 其他支出 ( 二 ) 间接费用 其中 : 绩效支出 经费结余 三 项目技术情况 1 项目研究方法及技术路线 - 4 -

6 本项目的研究综合应用了模型试验 理论分析及数值仿真等多种方法手段, 以装配式混凝土双板剪力墙结构为研究对象, 以其构件连接技术为切入点, 揭示其在地震作用下的工作机理, 掌握其抗震性能, 并设计了部分连接节点及构件, 为其工程应用提供理论支撑与技术指导 本项目实施的技术路线是 : 充分总结和分析在已有一定规模的预制混凝土剪力墙结构试点工程上积累的经验, 充分利用前期已做的相关构件和结构试验研究, 针对既有装配式混凝土剪力墙结构体系的技术特点及存在的相关问题和制约推广应用的技术瓶颈, 创新提出并开发满足建筑功能要求和抗震设防要求的适用的装配式混凝土剪力墙结构体系 ; 通过模型试验和典型剪力墙承力单元构件承载力试验, 掌握其抗震性能, 并结合理论分析及计算机仿真计算, 探索其设计技术和分析方法, 为其应用提供技术和理论支撑 ; 将装配式混凝土剪力墙结构体系研究成果应用于示范工程中, 通过实践反馈, 确定下阶段研究方案, 促进该体系的进一步完善和成熟 2 解决的关键技术 (1) 改善了 DWPC 剪力墙的节点构造, 包括水平拼缝 U 形筋搭接连接 边缘构件箍筋选用焊接封闭箍筋和在边缘构件设置连续复合螺旋箍等, 从而提高了 DWPC 剪力墙结构的连接性能和抗震性能 (2) 本项目有选择性地进行 DWPC 剪力墙的抗震性能模型试验, 验证和评价了上述连接构造的可靠性, 并通过模型的制作为施 - 5 -

7 工技术研究及示范应用提供技术支撑 (3) 建立了 DWPC 短肢剪力墙四折线恢复力模型和 DWPC 普通剪力墙三折线恢复力模型, 以供实际工程设计或结构弹塑性分析参考 (4) 将 DWPC 剪力墙结构应用于高烈度区 (8 度 0.3g) 的工程实践, 并对 DWPC 剪力墙预制的生产流程重新规划, 以发挥自动化生产线的潜力 3 取得的突破性进展及创新点本项目采用试验研究 理论分析和工程应用相结合的研究方法, 对 DWPC 剪力墙结构的抗震性能进行了较系统的试验研究和理论分析, 并将 DWPC 剪力墙结构应用于高烈度区 (8 度 0.3g) 的工程实践, 这是本项目最重要的突破性进展 本项目主要创新工作包括以下几项内容 : (1) 提出改善 DWPC 剪力墙连接性能和抗震性能的节点构造, 包括水平拼缝 U 形筋搭接连接 边缘构件箍筋选用焊接封闭箍筋和在边缘构件设置连续复合螺旋箍等 (2) 对采用上述改进节点构造的不同剪跨比的 DWPC 剪力墙和预应力混合装配的 DWPC 剪力墙进行抗震性能试验研究 (3) 基于试验结果, 建立了 DWPC 短肢剪力墙四折线恢复力模型和 DWPC 普通剪力墙三折线恢复力模型, 以供实际工程设计或结构弹塑性分析参考 并建立合适的有限元模型, 对 DWPC 试件进行了数值模拟分析, 并与试验结果对比 在此基础上进行了轴压比 - 6 -

8 边缘构件水平接缝连接钢筋直径 边缘构件竖向钢筋直径 边缘构件螺旋箍筋数量以及混合装配试件的预应力等参数变化分析, 参数化分析结合试验研究结果, 可为实际工程设计提供依据 (4) 针对 DWPC 剪力墙的特点, 结合构造改进的试验研究结果及工程应用, 提出了改善 DWPC 剪力墙整体性能的构造措施, 提高 DWPC 剪力墙结构的抗震性能, 并针对实施改善措施后的 DWPC 剪力墙预制的生产流程重新规划, 以发挥 DWPC 剪力墙结构在我国新型建筑工业化进程中的作用 四 合同任务指标完成情况通过本项目的实施, 完成了合同任务的要求 : (1) 初步形成了具有江苏特色的可应用于抗震设防烈度 8 度地区 其最大适用高度基本等同现浇剪力墙结构的装配式混凝土双板剪力墙结构 ; (2) 推广应用装配式混凝土双板剪力墙结构建筑示范楼 13 栋 ; (3) 申报国家专利 4 项, 其中发明专利 2 项, 实用新型专利 2 项 ; 编制江苏省工程建设企业技术标准 预制混凝土双板叠合墙体系施工及质量验收规程 1 本 ; 公开发表学术论文 6 篇, 其中 EI 收录 4 篇 ; 编写研究报告 1 本 ; (4) 培养研究生 3 人, 其中博士研究生 2 人 五 项目绩效分析结合本项目的研究内容与研究目标, 项目组针对装配式混凝土双板剪力墙结构涉及的关键技术, 主要是构件连接技术, 开展了系 - 7 -

9 列探索性 研究性的技术开发与模型试验工作, 以及装配式混凝土双板剪力墙结构的抗震性能研究工作 项目组通过一系列研究工作, 形成了系列研究成果, 已形成相关试验报告 1 本, 撰写学术论文 6 篇, 申请国家专利 4 项, 培养硕士 博士研究生 3 名, 部分研究成果被直接应用于编制江苏省工程建设企业技术标准 预制混凝土双板叠合墙体系施工及质量验收规程 中 同时, 项目开展过程中, 激励参与企业单位积极参与到装配式剪力墙连接技术的研发工作全过程, 促进了企业与科研院所的联系 沟通, 从而提高项目参与企业的技术创新能力和技术水平 另外, 试验试件加工均在项目参加单位江苏元大建筑科技有限公司完成, 在制作过程中, 通过双方交流 讨论, 对各种新提出的连接构造进一步基于工厂制作 现场装配等施工环节具体要求进行改进, 使得各种连接技术既具有理论意义上的可靠性, 同时具备了实践意义上的可实现性, 从而充分发挥了产学研合作研究机制模式的优势 六 存在问题 有关建议及下一步研究设想本项目对 DWPC 剪力墙结构进行了试验研究和理论分析, 但是由于该结构形式的研究工作尚处于起步阶段, 因此项目的研究工作局限于试验研究和理论分析, 未能对该结构形式进行更系统和深入的研究, 尚有很多问题亟待解决 结合项目工作研究成果, 有以下问题有待进一步研究和探讨 : - 8 -

10 (1)DWPC 建筑体系的进一步开发研究, 诸如保温节能一体化 DWPC 构件的研发与性能分析 ;DWPC 体系应用范围的拓展, 如地下室外墙等 (2)DWPC 剪力墙结构构造形式的改进 由于国内 DWPC 建筑体系都是引自欧洲非抗震地区, 为适应我国抗震要求和提高 DWPC 体系的抗震性能, 必然对连接节点有诸多要求 (3) 开展大规模 精细化的结构试验 本研究虽然进行了 11 片剪力墙试件的抗震性能试验研究, 但都是构件层次的试验, 且数量较少, 变化参数也较少, 试验不够精细 为了规模推广应用 DWPC 剪力墙结构, 应进行全面试验研究, 尤其是变参数构件层次试验研究和结构层次的试验研究, 以确定最合适的构造措施, 并全面了解该结构的抗震性能 (4) 在大规模 精细化结构试验的基础上, 研究和分析符合我国规范和标准的 DWPC 体系抗震设计方法, 建立该结构体系的非线性数值分析模型, 尤其是能较准确处理装配式混凝土结构各种接缝的数值分析模型 (5) 在前面试验研究和理论分析的基础上, 开展不同构造形式的试点工程应用, 验证抗震设计方法和非线性数值分析模型的可靠性和可行性 - 9 -

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