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1、高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙试验研究与应用,目录,01 国内外研究与应用现状02 试验设计与结果分析03 经济性分析与工程应用04 总结与展望,01 国内外研究与应用现状,国外高强钢筋研究应用现状澳大利亚80年代开始使用400MPa级钢筋，2001年开始使用500MPa级钢筋，淘汰400MPa级钢筋，并规定纵向受力钢筋仅采用500MPa级，同时正在研发800MPa级高强钢筋。美国混凝土配筋用低合金带肋钢筋标准（ASTM A706）2009年第二次修订版中规定，钢筋种类包括60级（420MPa）和80级(550MPa)钢筋，其中80级的应用正处于起步阶段。欧洲规范EN-1992（1992年施行）
2、允许普通纵向受力钢筋的最高屈服强度为600MPa，规范EN-2002（2002年施行）规定钢筋强度为400MPa-600MPa。如德、英等国，主筋仅采用500MPa级钢筋。日本建设省1988-1992年实施了“New RC Project”的技术开发项目，进行了超高强混凝土（100MPa以上）和超高强钢筋USD685（屈服强度为685MPa）及结构技术研究。目前日本普遍使用超高强钢筋（最高达1200MPa）作箍筋，受力纵筋屈服强度已应用到600MPa以上（USD685、USD980）。,01 国内外研究与应用现状,国内高强钢筋推广应用进程,01 国内外研究与应用现状,国内高强钢筋推广应用进程2
3、012年1月4日住房和城乡建设部、工业和信息化部联合出台关于加快应用高强钢筋的指导意见（建标20121号）要求在2013年底，在建筑工程中淘汰335 MPa级钢筋，2015年底，高强钢筋的产量占螺纹钢筋总产量的80%，在建筑工程中使用量达到建筑用钢筋总量的65%以上。在高层建筑及大跨度等住房、公共建筑中，将 500 MPa级钢筋作为优先选用钢筋，并逐渐提高500 MPa级高强钢筋的生产量和应用范围。,01 国内外研究与应用现状,国内高强钢筋研究现状近几年国内科研院校对HRB500级高强钢筋的粘结锚固、机械锚固性能，HRB500级高强钢筋混凝土梁抗弯、抗剪性能，HRB500级高强钢筋混凝土柱轴心
4、受压、偏心受压性能、抗剪性能和HRB500级高强箍筋柱抗震性能进行了研究，发现高强钢筋混凝土梁柱受力性能良好满足现行规范要求。目前，专家学者重点研究了高强钢筋高强混凝土梁、柱、单肢剪力墙的抗震性能，但是双肢剪力墙在高层建筑中应用广泛，对于高强钢筋混凝土双肢剪力墙的试验研究较少。,02 试验设计与结果分析,试验目的为研究HRB500级高强钢筋以及C60、C70高强混凝土双肢剪力墙的抗震性能，按照实际工程中双肢剪力墙设计方法设计了4片3层1/4缩尺的高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙试件，并进行低周反复荷载试验，通过试验获取双肢剪力墙的滞回曲线、承载力、抗裂度、变形能力及破坏机制等，研究高强钢筋及高强混
5、凝土共同作用下双肢剪力墙的抗震性能。,02 试验设计与结果分析,试件设计,02 试验设计与结果分析,试验加载装置,02 试验设计与结果分析,试件裂缝发展图,HRCW-1,HRCW-2,C60 跨高比2.5 单连梁,C70 跨高比2.5 单连梁,02 试验设计与结果分析,试件裂缝发展图,HRCW-3,HRCW-4,C60 跨高比1.6 单连梁,C60 跨高比3.3 双连梁,02 试验设计与结果分析,滞回特性,HRCW-1滞回曲线,HRCW-2滞回曲线,02 试验设计与结果分析,滞回特性,HRCW-3滞回曲线,HRCW-4滞回曲线,02 试验设计与结果分析,骨架曲线在低周反复加载试验过程中，将P-
6、滞回曲线的所有循环峰值点连接起来，形成包络线，得到构件的骨架曲线。,02 试验设计与结果分析,试件承载力及延性系数,02 试验设计与结果分析,与已有试验数据对比,02 试验设计与结果分析,试验结果分析根据试验现象、破坏机制、骨架曲线、延性系数方面的对比，对试验结果进行分析：（1）试件HRCW-1、2、4，连梁先于墙肢屈服，连梁端部相继屈服形成塑性铰，最后整个结构形成机构，属于弯剪型破坏，具有较好的耗能能力，满足抗震需求。试件HRCW-3连梁箍筋与纵筋同时屈服，亦出现一定的塑性铰，但塑性铰未充分转动，连梁发生剪切破坏，不能发挥塑性铰的耗能能力。因此，不建议在高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙构件中使用
7、跨高比小于2.5的连梁。,（2）通过试件HRCW-1与试件HRCW-2对比，两者配筋率、轴压比和连梁跨高比相同，只有混凝土强度等级不同，其屈服位移和极限位移及延性相差不大，但承载力相差较大。说明C70混凝土比C60混凝土试件延性降低不多，但承载力增加较多。,试验结果分析,02 试验设计与结果分析,02 试验设计与结果分析,试验结果分析（3）试件HRCW-1与试件HRCW-3相比，两者配筋率、轴压比和混凝土强度等级相同，只有连梁跨高比不同，其屈服位移、峰值位移和极限位移降低较多，延性降低较大。说明连梁跨高比越大，构件延性越好。,02 试验设计与结果分析,试验结果分析（4）通过试件HRCW-3与试
8、件HRCW-4对比发现，具有相同配筋率的分缝双连梁双肢剪力墙结构较低跨高比单连梁双肢剪力墙结构而言，强度降低了20%30%，延性增加了27%左右，耗能能力增加了22%左右，在弹性阶段刚度降低了30%左右。由此来看，双连梁结构形式能有效的降低连梁的内力，很好的解决了连梁截面最大抗剪承载力不满足要求而发生剪切破坏的问题，提高了结构的延性。,02 试验设计与结果分析,试验结果分析（5）通过对比试件的延性和变形能力发现：四个试件的极限层间位移角均低于1/120，满足抗震规范弹塑性层间位移角限值。但是连梁跨高比为1.6的试件HRCW-3，发生剪切破坏，耗能能力较差。因此HRB500级高强钢筋及C60、C
9、70高强混凝土双肢剪力墙在连梁跨高比不小于2.5的情况下，可以满足现行规范要求，满足大震下的设计目标。,02 试验设计与结果分析,试验结果分析（6）通过与普通钢筋混凝土双肢剪力墙的对比发现，高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙与普通钢筋混凝土双肢剪力墙试验现象、裂缝发展规律、屈服机制、破坏机制基本类似，没有明显区别。高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙试件具有明显的屈服点，且峰值位移与屈服位移比值较大，具有一定延性。双连梁具有较好的耗能能力，有效的解决了小跨高比连梁抗剪承载力不足的情况，同时变形能力均满足规范要求，具有一定的延性。,03 经济性分析与工程应用,经济性分析为探讨高强钢钢筋在工程应用中的经济性，利
10、用PKPM软件对大量的工程进行了理论分析，建立了大量的框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框筒结构的计算模型，考虑了建筑高度、抗震设防类别、场地类别以及不同构件等因素的影响，计算使用400MPa级钢筋和500MPa级钢筋的钢筋总用量，进行了较为详尽的经济性比较。,03 经济性分析与工程应用,部分计算模型,03 经济性分析与工程应用,经济性分析通过大量的计算模型分析对比，得出以下结论：（1）位于7度区及以上的框架结构，采用500MPa级钢筋代替400MPa级钢筋，钢筋总量的节约7%到10%，纵筋节约13%以上。（2）框架结构中，在相同的抗震设防烈度和场地类别下，梁的钢筋节约率随着高度的增加而
11、增加，柱的钢筋节约率随着高度的增加而减小。（3）框架-剪力墙结构中，应用500MPa级钢筋作为梁的纵向受力筋，钢筋总量节约6%以上，对于梁纵筋钢筋，节约8%以上。（4）框架-剪力墙结构中，墙体在平面中集中布置时，柱钢筋节约5%以上；墙体在平面中分散布置时，柱钢筋节约10%以上。,03 经济性分析与工程应用,经济性分析（5）剪力墙结构中钢筋总量节约率近似于剪力墙内钢筋节约率，可达到8%，节约率随楼层的增加而减小。（6）抗震等级高、场地类别复杂的结构中使用高强钢筋能够更好地达到节约钢筋的效果；设防烈度越高，使用高强钢筋的经济效益越明显。（7）在构造或最小配筋率控制配筋的构件中，提高钢筋强度的节材效
12、果不明显。,03 经济性分析与工程应用,试点工程应用在天津大学新校区建设中，积极推进高强度钢筋应用。在新校区机械教学组团、化工材料教学组团、研发中心等工程中采用500MPa级高强度钢筋，积累了丰富的经验，取得了良好的经济效果。,03 经济性分析与工程应用,天津大学新校区机械学院组团建筑本工程为实验教学办公综合类建筑，局部地下一层，层高4.8m，地上五层，首层层高5.2m，其余各层层高为3.9m，主体高度为21.25m。抗震设防烈度7度（0.15g）,设计基本地震加速度8度（0.20g）。A、C区结构形式为钢筋混凝土框架结构，B、D区为钢筋混凝土框剪结构，楼盖均为钢筋混凝土体系。本工程中主要梁、
13、柱、剪力墙的受力纵筋采用500MPa级高强度钢筋。,03 经济性分析与工程应用,天津大学新校区化工学院组团建筑本工程为实验教学办公综合类建筑，由防震缝分为多个结构单元。主体建筑地上五层，局部三层，建筑高度21.45m，层高均为4.2m。抗震设防烈度7度（0.15g）,设计基本地震加速度8度（0.20g）。三层部分结构型式为钢筋混凝土框架结构，五层部分结构型式为钢筋混凝土框剪结构，楼盖均为钢筋混凝土梁板体系。本工程中主要梁、柱、剪力墙的受力纵筋采用500MPa级高强度钢筋。,03 经济性分析与工程应用,其他国内HRB500高强钢筋试点工程,04 总结与展望,通过对高强钢筋高强混凝土剪力墙的试验研
14、究以及高强钢筋的经济性分析，得出一下结论：（1）HRB500级高强钢筋及C60、C70高强混凝土双肢剪力墙在连梁跨高比不小于2.5的情况下，具有一定的耗能能力和延性，可以满足现行规范要求，满足大震下的设计目标。（2）双连梁剪力墙结构能有效的降低连梁的内力，提高结构的延性。（3）使用500MPa级高强钢筋的框架结构、框剪结构、剪力墙和框筒结构，在满足轴压比、构造要求及常遇地震的变形要求等条件下，满足罕遇地震作用下的变形要求，能够达到“大震不倒”的第三水准抗震设防目标。（4）在抗震等级高、场地类别复杂地区采用500MPa级高强钢筋能够达到良好的节约效果，最高可达13%以上；设防烈度越高，使用高强钢
15、筋的经济效益越明显。,04 总结与展望,本课题在高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙方面进行了试验研究，但试验研究工作以及尚需进一步完善：（1）研究暗柱箍筋间距对双肢剪力墙抗震能力的影响；（2）对高轴压比下双肢剪力墙进行抗震性能试验研究；（3）研究其他边缘约束构件形式的双肢剪力墙的抗震性能，逐渐完善双肢剪力墙抗震性能体系的研究；（4）研究边缘约束构件箍筋间距及配箍特征值对双肢剪力墙延性的影响；（5）设计多组双连梁试件，从连梁跨高比、配筋、混凝土强度等方面对双连梁结构进行横向对比，进一步了解双连梁的性能。,04 总结与展望,同时在高强钢筋推广应用中还存在着一些问题亟待解决：（1）目前设计规范体系不完善。只有混凝土规范中提出了500MPa钢筋的应用，但没有具体指标和设计方法，同时也没有高强钢筋与高强混凝土并用的计算方法与参考方法；（2）在高强钢筋应用中还存在一定技术性问题。目前国内对于剪力墙结构、框筒结构研究较少，未成体系；（3）考虑到构件的最大裂缝宽度和挠度以及构件的构造配筋要求，不能使高强钢筋的强度优势得到充分发挥，造成材料的浪费；（4）现阶段钢筋市场供应均是“以销定产”为主，普及程度不足，品种规格不齐全，高强钢筋存货不足，尚不能及时全面满足市场需要。,34,谢谢！,
