【摘 要】
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在建筑工业化、信息化和智能化的背景下,混凝土结构传统建造模式在产业技术、资源与能源利用、环境保护等方面的劣势日益凸显,已很难适应我国建筑工业化的发展要求,转变混凝土结构建造模式已迫在眉睫。混凝土结构装配建造方式作为建筑工业化发展的重要内容,已成为建筑工业化领域的研究热点,但我国混凝土结构装配建造市场仍处于政策驱动的被动式发展阶段,而高建造成本是阻碍装配建造技术工程应用的最主要的原因。为提高混凝土框
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在建筑工业化、信息化和智能化的背景下,混凝土结构传统建造模式在产业技术、资源与能源利用、环境保护等方面的劣势日益凸显,已很难适应我国建筑工业化的发展要求,转变混凝土结构建造模式已迫在眉睫。混凝土结构装配建造方式作为建筑工业化发展的重要内容,已成为建筑工业化领域的研究热点,但我国混凝土结构装配建造市场仍处于政策驱动的被动式发展阶段,而高建造成本是阻碍装配建造技术工程应用的最主要的原因。为提高混凝土框架结构装配建造技术的市场优势,本文对装配式混凝土框架结构的拆分与装配方案、建造流程进行优化分析,提出了一套混凝土框架结构快速装配建造流程,并对该建造流程下框架柱装配节点芯柱特早龄期承载性能的核心内容开展了系统的试验研究。重点研究了钢管混凝土芯柱与FRP约束钢管混凝土芯柱特早龄期时的承载性能,评估了芯柱特早龄期承载历史对其自身成熟期承载性能的影响。主要研究工作及结论如下:(1)基于结构安全、快速建造、建造成本可控的建造目标,从混凝土框架结构的结构技术层面出发,建立了装配方案、装配节点深化设计、建造流程与建造速度、建造成本之间的联系,确定了装配式混凝土框架结构建造速度、装配节点标准化与通用化、特早龄期构件自承载性能等装配建造优化目标,并据此构建一套混凝土框架结构快速装配建造流程。(2)根据装配式混凝土框架结构新型快速建造流程,对装配式混凝土框架结构一体化设计技术与柱、梁、楼板等装配节点深化设计技术进行了深入分析。(3)根据框架柱装配节点芯柱特早龄期承载性能要求,制作了16个框架柱装配节点钢管混凝土芯柱试件并开展了轴压承载力的试验研究。将加载龄期、钢管壁厚、截面形状作为变化参数,研究了芯柱试件的P-s曲线、P-ε曲线、轴压承载力、轴压刚度及延性性能。结果表明:钢管混凝土芯柱特早龄期承载力较高且延性好。(4)为满足高效建造技术下装配节点特早龄期高应力水平的要求,创新性提出了采用框架柱装配节点内置FRP约束钢管特早龄期混凝土芯柱的方案。制作了30个FRP约束钢管混凝土芯柱试件并对其开展了特早龄期轴压性能的试验研究。将加载龄期、截面形状、FRP层数作为变化参数,研究了芯柱试件P-s曲线、P-ε曲线、轴压承载力、轴压刚度及延性性能。结果表明:FRP约束钢管特早龄期混凝土芯柱承载力较高,延性好,且在柱到达峰值荷载前,会发出较多细纤维断裂声音预警,可很好满足框架柱装配节点芯柱的功能要求。(5)为正确评估框架柱装配节点芯柱特早龄期轴压承载历史对芯柱成熟期轴压性能的影响,对有特早龄期高应力承载历史的12个钢管约束和8个FRP与钢管复合约束的混凝土芯柱试件开展了成熟期轴压性能的试验研究。将承载龄期、FRP层数、钢管壁厚等作为变化参数,采用多次加卸载的加载方式,研究了芯柱试件的P-s曲线、轴压承载力、轴压刚度等力学性能。结果表明:有高应力承载历史的芯柱试件成熟期轴压承载力比同条件下养护下无加载历史的试件更高,试件整体表现出良好的养护后“性能恢复”与“承载力强化”效应,反映了对约束混凝土芯柱特龄期早承载力开发利用的可行性与安全性,可为装配式混凝土框架结构高效建造提供重要技术支撑。上述研究成果表明:通过将结构技术分析与建造效益分析相结合,可构建一套混凝土框架结构的快速装配建造流程与设计技术,并通过利用FRP约束钢管混凝土芯柱特早龄期的高应力承载性能、局部细小FRP断裂发声预警功能与约束混凝土在高应力加载历史下表现出的养护后“性能恢复”与“承载力强化”性能,可实现混凝土框架结构的快速装配建造目标。本文成果可为混凝土框架结构新型高效装配建造技术方案在试点工程中的应用提供技术支撑,促进混凝土结构装配建造技术向技术驱动阶段发展。
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