预制混凝土结构的应用与研究进展

预制混凝土结构的应用与研究进展

收稿日期:2008210214

作者简介:孙全林(19742),男,工程师,中海发展(上海)有限公司,上海　200023

王　晖(19812),男,工程师,四川省建筑设计院工程一所,四川成都　610017

孙全林　王　晖

摘　要:对预制混凝土结构的特点、应用及研究进行了必要的阐述,分析了我国预制混凝土体系发展受阻的原因,指出了

在我国发展和应用预制混凝土结构所需解决的三个问题。关键词:预制混凝土,连接,装配整体式中图分类号:TU378文献标识码:A

预制混凝土结构起源于西欧,发展于欧美,现已成为欧美等

发达国家的一种主要建筑结构体系。随着预制混凝土建筑技术的发展及预制混凝土结构体系的推广,预制混凝土结构体系逐渐表现出一些优越于现浇混凝土结构的特点,如有利于提高劳动生产率、保护环境、节约资源等;工程实践也证明,经过合理设计的预制混凝土结构体系,具有与现浇混凝土结构相同或相似的抗震性能。

1　预制混凝土结构的建造与特点

预制装配式施工方法现已在全世界普及。装配式建筑工地的建筑材料,完全是由工厂运来的半成品,施工单位在现场对地基做一定处理后,用半成品进行房屋的组装。建筑工地不再把瓦工、木工、钢筋工等工种分得那么细,建筑工人由过去那种复杂的多工种角色,转变为单一的背着射钉枪、电钻等专用工具的装配工角色。房屋的装配化制造完全避免了传统建房的缺点,施工速度非常快,可在短期内竣工;工人劳动强度大幅度降低,交叉作业方便有序;房屋装配中的每道工序都可以像设备安装那样检查其精度,以确保房屋制造的质量;施工时的噪声降低,物料堆放场地减少,有利于环境的保护;由于工厂化的生产和现场的标准装配,使房屋制造成本降低。因此,装配式制造房屋的许多优点是传统房屋建造方法无法比拟的。

2　预制混凝土的应用2.1　国外的应用

1981年,巴黎Ed.Coigent 公司首次在Biarritz 的俱乐部建筑

中使用预制混凝土梁。二战结束后,预制混凝土结构首先在西欧发展起来,然后推广到美国、加拿大、日本等国。20世纪末期,预制混凝土结构已经广泛用于工业与民用建筑、桥梁道路、水工建筑、大型容器等,在工程结构领域发挥着不可替代的作用。

预制混凝土结构在西欧、北美的应用相当广泛,在亚洲日本处于领先地位。发达国家预制混凝士结构在土木工程中的应用比重为:美国35%,俄罗斯50%,欧洲为35%～40%;其中,预制预应力混凝土结构在美国和加拿大等国预应力混凝土用量中占80%以上。

在美国,预制混凝土结构发挥着其他体系无法替代的作用。在1991年PCI 年会上,Ben C.G erwick 把预制混凝土结构的发展视为美国乃至全球建筑业发展的新契机。

西欧是预制混凝土结构的发源地,预制混凝土结构的应用非常普遍。五六层以下的居住建筑中大量采用预制混凝土结构,很好地满足了不同体型和立面形式的建筑要求。

新西兰在20世纪80年代中期建造了大量的民用住宅,预制

混凝土框架结构的应用也很广泛。目前,新西兰几乎所有的楼板绝大部分的框架结构和1层～3层房屋的承重墙都是采用预制预应力混凝土构件。

2.2　国内的应用

解放初期,我国借鉴前苏联经验首先在重点工业建设中以装配化和施工机械化为重点开始发展建筑工业化。在之后的二三十年里,我国在设计标准化、构件生产工厂化、施工机械化等方面做了许多努力,并形成了符合我国国情的装配式混凝土建筑型形式。1977年北京采用装配式混凝土建造的房屋占混凝土结构房屋总数的30%,上海占50%。20世纪70年代,预制混凝土空心楼板得到了普遍应用。70年代末,我国引进了南斯拉夫预制预应力混凝土板柱结构体系,即IMS 体系。

3　预制混凝土结构的研究

1997年美国统一建筑规范(UBC97)允许在高烈度地震区使

用预制混凝土结构,其前提是通过试验和分析证明该结构在强度刚度方面具有优点甚至超过相应的现浇混凝土结构。对预制混凝土结构的研究,主要表现在两方面:1)构件连接的研究;2)结构体系的研究。

构件连接方式是预制混凝土框架结构体系的核心技术。1997年美国统一建筑规范(UBC97),将框架连接简化为两类:整体连接和强连接。所谓整体连接是将预制构件与预制构件或预制构件与现浇构件的连接节点用现浇混凝土灌注。采用整体连接的预制混凝土框架结构符合现浇整体式混凝土结构的抗震要求。而对采用强连接的预制混凝土框架结构体系,塑性铰产生的位置在整个预制构件上没有很大的限制,但塑性铰区的中点位置必需距强节点至少h /2长度(h 为塑性铰区的长度)。强连接节点的强度与塑性铰和节点间的距离、塑性铰的强弱以及非线性变形的机理有关。因为强连接处不允许发生屈服或滑脱,它的抗弯、抗剪强度要大于塑性铰的要求值。

关于预制混凝土框架结构体系的整体抗震性能,有学者进行过专门研究。Low 和Tadros 等对现在美国常用的6层预制混凝土框架结构进行了动力时程分析。除此之外他们还进行了梁—柱连接在循环荷载作用下的性能试验。试验结果表明,在地震作用下预制混凝土框架结构体系的抗震性能和现浇混凝土结构相似,某些方面的性能指标甚至超过现浇混凝土结构。

加州大学圣地亚哥分校的Charles Lee Powell 结构试验室,在1999年进行了一个5层预制混凝土结构体系在强震作用下的抗震性能试验,试验结果表明:剪力墙可以有2.7%的侧向位移,这一数值远远大于规范所规定的数值;最后的残余位移仅为0.3in

高强钢筋高强混凝土梁受弯性能的有限元模拟

收稿日期:2008210217

作者简介:张志平(19772),男,工程师,泉州市泉港区建设工程招投标办公室,福建泉州　362801

张志平

摘　要:采用大型通用有限元软件ADINA ,对3根高强钢筋高强混凝土梁进行了受弯性能的非线性有限元模拟,研究表

明,模拟结果与试验吻合良好,ADINA 可以非常准确地模拟高强钢筋高强混凝土梁的整个受力过程。关键词:高强钢筋,高强混凝土梁,受弯性能,ADINA ,有限元模拟中图分类号:TU311文献标识码:A

0　引言

HRB500级钢筋是一种强度高、延性好的新型钢筋,在国外已

得到广泛应用,但在我国规范[1]中尚未列入。为尽快实现与国际

接轨,在我国工程领域应推广这种新型钢筋,这就需要对HRB500级钢筋混凝土构件主要受力性能进行试验研究[2]。

本文采用大型通用有限元软件ADINA 对文献[3]中的3根高强钢筋高强混凝土梁进行了非线性有限元模拟。ADINA 中的钢筋与混凝土分别独立建模,可清晰体现钢筋与混凝土各自的变形特性和承载能力变化,因此与实际相符。此外,钢筋采用Rebar

单元,即使对很复杂的配筋也非常容易施加预应力,并且在ADINA 处理中,可以自动处理钢筋与周围混凝土单元之间的关系,这为用户处理复杂配筋模型的网格建模提供了方便。

1　试验简介

试验采用三分点加载,在跨中形成纯弯段。试验参数及材料

力学性能见表1,表2,试件尺寸及加载装置见图1,图2。

2　ADINA 模拟过程简介2.1　材料本构

混凝土材料采用ADINA 自带的Concrete 模型,需要设置的主要参数有泊松比、初始弹性模量、抗压强度最大值及对应应变、(7.6mm ),并且体系基本上没有损坏;框架最大的层间侧移达到4.5%,仅在层间位移大于3%后结构才出现轻微破坏。

我国在20世纪60年代已经开始针对装配式框架节点进行一些研究工作,1974年在中国建筑科学研究院组织下,由北京市建筑设计研究院、东南大学、西安冶金建筑学院等23个单位成立了框架节点专题研究组。1976年唐山大地震之后,冶金部建筑研究总院、北京有色冶金设计研究总院和东南大学等单位进行了低周反复荷载下的节点试验。1992年编制的CECS 43∶92钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程以及东南大学唐九如教授编著的《钢筋混凝土框架节点抗震》就是当时科学研究成果和工程实践经验的总结。1976年唐山地震以后,我国整体板柱建筑“IMS ”的研究和开发开始启动,并在1993年推出了《整体预应力装配式板柱建筑技术规程》。近年来,合肥工业大学对预压装配式预应力混凝土框架结构做了许多卓有成效的工作。

4　结语

预制混凝土结构在国外等发达国家已被广泛运用,但要构建我国的住宅产业化体系,在我国推广该体系的运用,还有以下一些问题亟待解决:1)加强预制混凝土结构体系的研究,特别是预

制混凝土构件连接方式及结构体系的研究;2)加快建立我国的预制混凝土建筑标准体系,如预制混凝土构件标准、预制结构的设计及安装标准等;3)全面引导并推进我国预制混凝土生产企业的发展,鼓励预制混凝土生产企业进行技术革新及产业升级。参考文献:[1]　薛伟辰.预制混凝土框架结构体系研究与应用进展[J ].工

业建筑,2002,32(11):25227.[2]　唐九如.钢筋混凝土框架节点抗震[M ].南京:东南大学出

版社,1989.[3]　李湘洲,李　南.国外预制装配式建筑的现状[J ].国外建材

科技,1995,16(4):16218.[4]　吕茫茫,关贸军.混凝土预制构件企业发展的现状和出路

[J ].结构工程师,2000(sup ):51252.[5]　李镇强.西欧预制装配混凝土建筑结构技术发展概况[J ].

建筑结构,1997,27(8):33234.

[6]　Lua Joo Ming ,Louis Tay.Precast concrete 2solution of choice

for upgrading public housing in Singapore [J ].PCI Journal ,1996(3):14216.

Progress of studies and applications of precast concrete structure

SUN Q u an 2lin WANG H ui

Abstract :The characteristics ,applications and studies of precast concrete structure are demonstrated ,and obstacles of its development are analysed.Three problems which must be settled are pointed out for the development and applications of our country ’s precast concrete structure.K ey w ords :precast concrete ,connection ,precast monolithic