半预制超高韧性混凝土叠合剪力墙的研发及其抗震性能研究

Shear wall is widely applied in high or super-high structures in large and medium cities in China. The edge of shear wall is easy to damage (concrete crushing, steel bar buckling) under seismic action. The seismic resistance capability should be decreased or lost. That may cause the shear wall shifting, hard to repair, or even need to rebuild. So it is an important task for seismic resistance to find a novel shear wall with superior performance and convenient to construct, easy to maintenance, low-cost and high-performance. The project is proposed based on ultra-high toughness concrete and precast technology to develop a novel half prefabricated high performance shear wall with prefabricated high toughness of concrete edge element and cast-in-place core concrete wall and grouting anchor sleeve connection. Ultra high toughness concrete is a new kind of fiber cement based composite materials with light weight, high strength and high toughness, and excellent seismic deformation and crack resistance capacity. Conduct the construction development, collaborative work and seismic performance study on shear wall and the whole structure, design research through theoretical analysis, numerical simulation and structural test and so on. The aim is to achieve a half prefabricated high performance shear wall which can substantially improve the seismic performance, significantly reduce the burden of post-earthquake restoration, protect environment, construct economically and convenient of structures in large and medium-sized cities in our country to promote seismic safety, health and contribute to sustainable development.

剪力墙广泛应用于我国大中城市的高层和超高层建筑。在地震作用下，钢筋混凝土剪力墙容易发生边缘破坏（混凝土压溃、纵筋屈曲）进而降低或丧失抗震能力，造成墙体移位、修复困难甚至拆除重建。研发抗震性能优越、施工方便、易于维护、成本可控的新型高性能剪力墙是当前抗震研究的一项重要任务。本项目拟基于超高韧性混凝土和预制装配技术，发展以预制超高韧性混凝土边缘构件、现浇混凝土核心墙和浆锚套筒连接为特征的半预制高性能剪力墙。超高韧性混凝土是具有随机分布短纤维的新型水泥基复合材料，轻质、高强、高韧性，抗震变形和抗裂性能优越。通过理论分析、数值仿真、结构实验等方法，进行新型高性能剪力墙的构造研发、剪力墙构件和整体结构的协同工作和抗震性能研究，抗震设计方法探讨，以实现一种大幅度提高抗震性能、显著降低震后修复负担、经济环保且施工方便的半预制高性能剪力墙，为我国大中型城市建筑结构抗震安全和健康可持续发展做出贡献。

中文摘要 (对项目的背景、主要研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义等做简单概述，800字以内).钢筋混凝土剪力墙兼具良好竖向和水平承载能力，且适应于规则性要求而得到广泛应用。在城镇化建设的推动下，开发抗震能力强、韧性良好和低损伤的高层结构高性能剪力墙系列对国民经济稳定健康发展意义重大。在此背景下，本项目完成了：.（1）高韧性水泥基材料边缘柱组合剪力墙、钢纤维-型钢的组合剪力墙、基于优化材料分布的高性能剪力墙开发，可有效地缓解钢筋混凝土剪力墙因局部损伤导致的过早退出工作，大幅度提高剪力墙抗震性能，提高了材料利用效率，可为下一代新型抗震墙设计提供参考。.（2）基于Simulink所建立的框架-剪力墙结构混合数值仿真平台可考虑结构的刚度退化、强度退化、耗能和捏拢效应等复杂行为，可较好实现剪力墙结构在各种动力荷载作用下的虚拟实时加载和动力响应模拟。.（3）在向量式结构力学基础上，针对高性能剪力墙结构大变形及损伤行为所开发的考虑混凝土开裂和压溃的二维平面单元、二维混合单元及三维实体单元可实现结构复杂行为模拟，并可推广其他结构的大变形、损伤行为的静/动力数值模拟中。.（4）在试验基础上提出的采用高韧性材料的高性能剪力墙截面抗震设计方法，包括压弯承载力计算公式和截面弯矩-轴力关系曲线可为研究的设计应用提供理论支撑。.研究成果为高层结构抗震设计和应用提供了技术手段，数值模拟技术和试验技术的研究为大型复杂结构的大变形、损伤问题等当前难于解决的问题提供了良好的实现途径和方法；结合向量式力学和混合试验技术的集成可快速实现子结构加载和反馈，其虚拟混合试验平台的研究可为实时混合试验的瓶颈问题提供结构方案，并可实现结构静/动力响应的高效评估。本项目发表期刊论文14篇， 其中SCI论文7篇，获批发明专利3项，软件著作权1项，主办学术会议3次，参加国际学术会议并做报告9次，培养博士3人，毕业2人，培养硕士研究生10人，毕业6人。