装配式RC/ECC组合剪力墙空间结构 模型设计方法研究*
杨建”，梁书亭，朱筱俊，郭正兴，吴东岳（1.东南大学土木工程学院，江苏南京210096；2.江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏镇江212018）
[摘要]依托试点工程海门市中南世纪城96号全预制装配式剪力墙高层结构，设计了一个2层的装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构1：2缩尺模型，并对模型的相似系数、配筋进行了计算与分析，对模型竖向拼缝节点、水 平拼缝节点、装配式剪力墙-叠合连梁节点、装配式叠合连梁-楼板连接节点、装配式叠合楼板-墙体连接节点、叠合连梁中ECC现浇层与预制混凝土水平拼接节点以及连梁与墙肢节点塑性铰区EXCC与混凝土节点等关键节点的设计方法进行了研究，并成功完成了装配式RC/ECC组合联肢剪力空间结构模型的拼装，提出了此类空间结构模 型的设计方法与思路，为空间结构模型的抗震试验研究奠定了基础.
[关键词]装配式；剪力墙；RC/ECC；相似系数；叠合连染；拼缝节点
[中图分类号]TU375.4
[文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2016）16-0009-05
Research on theDesignMethodof a Spatial Model ofRC/ECC CombinedPrecastShearWallStructure
Yang Jian' Liang Shuting' Zhu Xiaojun' Guo Zhengxing' Wu Dongyue*( 1. School of Cinsil Engineering Southesst Unisersity Nanjing Jiangsa 210096 China ;2. Sehoof ofCail Engineering and Archizecture Jiangsu Unirersity of Seience and Technology Zhenjiang Jiangu 212018 Chine)
Abstract ;A two-story 1/2 scale spatial model of RC/ECC bined precast shear wall structure wasshear wall structure in Haimen. The similarity coeficients and reinforcements of the model were designed according to the pilot project of the 96th Zhongnan Century City which is a precast concretecalculated and analyzed. Design methods of the key joints such as vertical splice joints horizontal joints shear wall-posite coupling beam joints posite coupling beam-posite slab joints positeslab-shear wall joints and the contact surfaces between ECC and concrete of the ECC reinforced concreteprecast shear wall structure were studied. The assembly of the spatial strueture model of RC/ECC bined precast shear wall structure was successfully pleted and a design method of this kind spatialsructure model were proposed. The research results of this paper will make a foundation for theexperimental study of the spatial structure model.
Key words : precast; shear walls; RC/ECC; similarity coefficient ; posite coupling beam; splice joints
预制装配式结构是以现代科学技术为支撑，以配式剪力墙结构作为高层及超高层建筑的主要结有效降低资源、能源消耗，实现节能减排、保护环 境，具有显著的经济效益和社会效益.由于我国大部分处于抗震地区，装配式剪力墙结构能香顺利推广应用主要取决于其抗震性能能否满足要求.国内外相当一部分对装配式剪力墙的研究是针对其连接形式及整体性能的改善：孙建等采用高强度
工业化生产方式为手段，以工程项目管理创新为核构形式，符合我国“十三五“国家发展阶段“节能省生产全过程联结成一体化产业链的结构体系，具有 生产效率高、劳动条件好、产品质量好的优点.装
螺栓和连接钢框连接上下层预制钢筋混凝土（RC）墙板，形成一字形全装配式剪力墙：赵作周等研 究了整体式拼缝连接的预制楼板-预制剪力墙节点在预制楼板悬臂端竖向荷载作用下的受力性能；万里波等为考察装配式剪力墙竖向接缝的连接性能，完成了1个竖向接缝箍筋插销连接剪力墙试件的拟静力试验：孟宪宏等设计了2个装配式剪力 墙与梁平面内连接试件和1个现浇剪力墙与梁平面内连接试件，对比2种节点在低周往复加载形式下的破坏模式：焦安亮等对15个混凝土剪力墙试件进行低周反复荷载试验，研究了环筋扣合锚接连接 预制剪力墙的抗震性能：余志武等提出一种新型连接方法-U型套连接，对采用这种连接方法的剪力墙试件进行低周反复荷载试验.本课题组及郭正兴课题组对装配式混凝土剪力墙结构做了较多的研究，提出了螺旋箍筋约束波纹管 浆锚连接、基于钢板网成孔的竖向钢筋搭接等新型水平接缝连接方式，对其进行抗震性能试验研究、有限元分析，并在此基础上提出了预制装配式浆锚连接剪力墙在考虑拼缝黏结滑移及开口位移情况 下的抗弯承载力计算方法.总结目前的研究结果发现，尽管装配式剪力墙结构整体性能可以达到与现浇结构相接近的延性、承载能力以及抗震耗能能力，但其抗震耗能机理为墙板间竖向接缝的剪切滑移和墙体的摇摆、水平接缝起着主要的耗能作用， 墙体破坏时在端部出现应力集中.
工程水泥基复合（engineeredcementitiousposites，简称ECC）材料与混凝土具有类似的抗拉强度（4-6MPa）和抗压强度（30-80MPa），但其 极限拉伸应变可达3%-5%（约为混凝土的300倍），更重要的是，ECC具有优异的非线性变形能力、显著的拉伸应变硬化特性、优越的抗剪切变形能力、多裂缝开展机制及优良的裂缝控制能力、高延性高韧性、优异的抗震和耐久性能以及与钢筋协 调变形的能力[15-16].可以预见，ECC材料与装配式混凝土剪力墙结合使用，将ECC材料用于装配式剪力墙的薄弱部位及主要耗能构件或耗能区域中，充分发挥两者的优点，必将提高装配式剪力墙在地震低建筑物震后修复费用.
1模型的选取
作用下的能量吸收能力、整体性能和抗震性能，降2模型的关键节点设计
本文依托试点工程海门市中南世纪城96号全预制装配式剪力墙高层结构，设计了一个2层的装 配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构1：2缩尺模型，并对模型的相似系数、配筋、关键节点设计进行了计算与分析，提出了此类空间结构模型的设计方法与思路，通过实践成功完成了装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模型的拼装并为空间结构 模型的抗震试验研究提供了借鉴依据.
国家“十二五“科技支撑计划项目试点工程海门市中南世纪城96号全预制装配式剪力墙高层结 构底部4层采用现浇剪力墙结构，第5层起采用预制装配式剪力墙结构，根据结构第5层的剪力墙墙体混凝土受压损伤因子分布[1718]以及结构墙体布置特点，依据如图1所示的4片剪力墙及相应的连梁和楼板，设计井制作2层的1：2缩尺装配式RC/ ECC组合联肢剪力墙空间结构模型.
图1试点工程第五层混凝土损伤分布及模型所选墙体
Fig. 1 Conerete damage distribution of the fifth layer in the pilot project and the selected walls of the strueture
按照缩尺相似条件，确定尺寸相似常数为1：2，试验中采用的混凝土、FCC、钢筋材料的弹性模量和强度相似常数均为1：1，在确定了以上3个相似常数之后，其他的相似常数采用强度模型相似理论”确定.
当原型结构中钢筋按尺寸相似原则缩尺后无对应 钢筋直径的选用按照尺寸相似原则进行确定，的钢筋选用时，按钢筋截面屈服承载力等效原则进行确定.通过计算调整后，原型结构和空间结构模型的钢筋选用对应关系如表1所示.
为使装配式混凝土联胶剪力墙结构具有更高
表1原型结构和试验模型中钢筋配置对照
Table 1 Corresponding relationship between the prototype structure and the spatial structure model
项目 闭合扣搭整筋 墙体水平/纵向铜筋 墙体纵筋 连梁级筋 连梁锥筋 楼板双向原型结构铜筋配置 空间结构铜筋配置 $4e25/46e 50 d6e50 10 12 d6 5418 68 $8/10e 100 6 6@50 6@ 100 48200相似系数 1/1. 54 1/3. 7 1/4 1/4. 22 1/1. 94 1/1.51
的承载力、延性和能量耗散能力，将ECC材料用在装配式RC/ECC叠合连梁的现浇层、连梁与墙胶节 点等关键受力及耗能部位，形成了装配式RC/ECC组合联肢剪力墙结构.装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模型的装配式连接节点主要包括：装配式剪力墙竖向拼缝节点、装配式剪力墙水平拼缝节点、装配式剪力墙-叠合连梁节点、装配式叠合 连梁-楼板连接节点、装配式叠合楼板-墙体连接节点、叠合连梁中ECC现浇层与预制混凝土水平拼接节点，以及连梁与墙肢节点塑性较区ECC与混凝土节点等.
2.1剪力墙墙体竖向拼缝连接
剪力墙墙体竖向连接方式为钢套筒钢筋浆锚连接和金属波纹管成孔钢筋浆锚连接.其中第1层竖向拼缝全部为钢套筒钢筋浆锚连接，第2层竖向拼缝为钢套筒钢筋浆锚和金属波纹管成孔钢筋浆 锚连接2种连接方式的组合.
上层预制装配式剪力墙构件按浆锚钢筋长度要求采用一定长度的预留钢套筒形成下层墙体连接钢筋浆锚孔，而下层构件顶部按浆锚钢筋长度预留一定长度的连接钢筋.现场装配时，上层预制装 配式构件的预留浆锚孔与下层构件的预留浆锚钢筋对接就位，通过向钢套筒以及金属波纹管预留孔洞中注入灌浆料并养护实现其剪力墙墙体的纵向连接.装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构 模型中的钢套筒直径为10mm，金属波纹管直径为20mm，而连接钢筋直径为6mm.该类连接形式所需的模板工程量和焊接工程量较少，且注浆后纵向连接钢筋不易腐蚀，连接刚度大，强度可靠.本次试验中，为保证上下楼层拼装时预留浆锚钢筋和预 留注浆孔洞的准确定位，在预制装配式墙体构件制作时先制作第2层预制装配式墙体，在确定第2层预制装配式墙体底部的预留注浆孔间距位置后，以第2层注浆孔位置作为第1层预制装配式墙体的预留浆锚钢筋的定位依据：底座的预留浆锚钢筋定位 则以第1层预制装配式剪力墙构件中预留浆错孔洞的位置作为定位依据.本次试验所采用灌浆料为膨胀水泥砂浆，灌浆时需保证底部坐浆密实度及灌浆孔内灌浆饱满.其连接构造如图2所示.
2.2装配式墙体与叠合楼板的连接
装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模型中楼板采用预制叠合楼板，预制装配式楼板由2部分组成，前期需预制50mm厚叠合楼板下部板，拼接就位后再现浇50mm上层叠合楼板，总厚度为 100mm.预制装配式下层叠合楼板的受力钢筋伸出板外80mmm，施工时与预制装配式剪力墙墙体现浇
图2墙体的竖向拼缝连接Fig. 2Vertical connection of the walls
成整体.同时，预制装配式墙体中预留连接楼板钢筋，施工时进行弯折，伸入预制楼板内250mm.预 制装配式下层叠合楼板搁置在预制装配式墙体的墙顶10mm.预制装配式叠合楼板中设置纵向钢筋桁架以加强叠合楼板的整体性，预制装配式下层叠合楼板表面进行打毛处理.预制装配式剪力墙-叠合楼板构造如图3所示.
图3预制装配式剪力叠合楼板连接
Fig. 3 Connection of the precast wall and laminated slab
2.3装配式T型剪力墙墙肢腹板-翼缘的水平连接
型的T型剪力墙墙肢由预制装配式剪力墙腹板和 装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模预制装配式剪力墙翼缘组成，通过后浇混凝土及ECC实现水平拼缝的连接.后浇预制装配式剪力墙墙肢水平拼缝的后浇带长度为175mm.后浇带中的纵向连接钢筋通过钢筋搭接连接，钢筋搭接长 度为300mm，连接构造如图4所示.
2.4装配式剪力墙-叠合连梁连接
装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模
图4预制装配式剪力翼缘和腹板后浇带连接Fig. 4 Connection of the flange and web
型采用预制装配式叠合连梁，预制装配式楼板由2部分组成，前期需要预制150mm厚混凝土梁，拼接 就位后对连梁表面进行凿毛处理，然后在上层浇筑上部ECC材料.预制装配式剪力墙-连梁连接节点采用叠合后浇ECC连接.其预制装配式剪力墙-叠合连梁连接节点构造如图5所示，由于叠合连梁所 受内力较大，叠合连梁的连梁纵向连接钢筋长度取为180mm
Fig. 5 Conneetion of the precast wall 图5装配式墙体与叠合连梁连接and laminated beam
2.5装配式叠合连梁与预制装配式叠合楼板连接
预制装配式叠合连梁与预制装配式叠合楼板的连接构造如图6所示.下层预制装配式叠合楼板 搁置在预制装配式叠合连梁上，安装就位后一次性浇筑叠合楼板的混凝土.在混凝土初凝以后，对楼板边界的混凝土进行凿毛处理，然后浇筑连梁的ECC材料.
3试验模型的拼装
4结语
表2预制装配式构件编号及配筋
图6装配式叠合连梁与叠合楼板连接Fig.6 Connection of the laminatedbeam and laminated slab
型所需构件包括装配式墙体翼缘和腹板共8对，装 装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模配式纵向叠合连梁4根，装配式横向叠合连系梁8根，底座4块以及装配式叠合楼板6块.空间结构模型的装配式拼装构件编号及配筋如表2所示
联肢剪力墙空间结构模型进行组装，其拼装过程及 依据本文的设计方法，对装配式RC/ECC组合拼装完成后的实体照片如图7，8所示
图7装配式空间结构模型拼装过程
Fig. 7 Assembly process of the spatial structure model
本文通过对装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模型设计方法研究，得到以下结论.
Table 2 Numbers of prefabricated Components and reinforcements schedule
编号 构件名称 级向钢筋 水平铜筋 闭合扣搭构造整筋连（系）梁拟筋 连（系）梁瓣筋 楼板配筋QZ-1 QZ-2 墙体翼缘 墙体康板 8d6 10 $6 1246 $6 100 46 100 d4e 50 d4e 50DZ-1 DZ-2 底座 364 48650 -IL-1 纵向连梁 - 38 $6650 -11.2 IL3 横向内连系梁 横向外连系梁 312 312 $6650 $6050DB-1 叠合楼板 46@ 100 双府DB-2
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图8装配式空间结构模型拼装完成Fig. 8 The finished spatial structure model
1）采用强度模型相似理论计算出空间结构缩尺模型的相似系数，根据钢筋截面屈服承载力等效原则计算出空间结构缩尺模型的配筋.
结构模型竖向拼缝节点、水平拼缝节点、装配式剪 2）提出装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间力墙-叠合连梁节点、装配式叠合连梁-楼板连接节点、装配式叠合楼板-墙体连接节点、叠合连梁中ECC现浇层与预制混凝土水平拼接节点以及连梁与墙肢节点塑性铰区ECC与混凝土节点等关键节 点的设计方法.
住建部：266.9亿元农村危房改造资金全部下达
3）通过实践成功完成了装配式RC/ECC组合联肢剪力墙空间结构模型的拼装，
截至目前，2016年中央财政预算安排的农村危房改造补助资金266.9亿元已全部下达完毕，用于 支持各地完成314万户贫困农户危房改造任务.据了解，为支持各地继续做好农村危房改造工作，近日，中央财政在已提前下达2016年中央财政农村危房改造补助资金146.4亿元的基础上，再次下达补助资金120.5亿元.中央财政补助资金采用因素法 分配，主要参考各地存量农村危房数、四类重点对象（即低保户、农村分散供养特困人员、贫困残疾人家庭和建档立卡贫困户）危房数、申请改造任务、财力情况、工作绩效以及信贷贴息试点并展情况等，重点加大对四类重点对象危房改造的支持力度，对 改造任务重、工作绩效好、贫困程度深的地区给予倾斜支持.财政部、住房城乡建设部要求各地在合理确定不同地区、不同类型、不同档次的省级分类补助标准基础上，对四类重点对象通过优先安排改 造任务和提高补助标准等方式，进一步加大支持力度，切实落实重点保障责任.对于自筹资金和投工投料能力极弱的特困农户，要创新改造方式和补助政策，通过控制面积、鼓励加固改造、建设农村集体公租房等方式，切实保障他们的基本住房安全.
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