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至善土木讲坛迎校庆“校企专家谈创新”系列讲座回顾(七): 东大-筑友智造联合研发中心

发布者:张洁琪发布时间:2022-06-07浏览次数:10

2022年5月27日下午,土木工程学院至善土木讲坛通过线上腾讯会议举办了“校企专家谈创新”-迎百廿校庆专题系列讲座第七期,本次讲座的嘉宾为筑友智造科技产业集团首席技术官、东南大学-筑友智造联合研发中心副主任俞大有,讲座题目为《新型装配式混凝土结构体系研究及应用》。

开场介绍

讲座伊始,本期讲座主持人、太阳成集团tyc234cc王春林教授为俞总做了简要介绍。俞总现任筑友智造科技产业集团首席技术官,中国建筑学会工业化建筑学术委员会理事会常务理事,中国建筑学会BIM技术学术委员会理事会理事,东南大学━筑友智造联合研发中心副主任,国家一级注册建筑师,高级建筑师。俞总参加了2016/2017/2018年多项国家科技部“十三五”科技重点研发计划项目,主持国家科技部“助力经济2020项目”(高效装配式混凝土结构连接与大跨预应力叠合楼盖技术产业化应用)项目实施;主持或者参与了省市重点科技项目10多项,已获得授权394项专利,发表论文20余篇;主编或参编了国家、中南地区建筑标准图,中国工程勘察设计协会、湖南、广西、安徽、沈阳等地方标准;荣获2016上海市五一劳动奖章,获得湖南省科学技术进步奖2次,精瑞科学技术奖3项;积极推动校企合作,推动新技术、新材料、新产品在市场应用,创造经济效益。

讲座内容

俞总的讲座从研发背景、大跨度预应力双向受力叠合楼盖体系、RIFF体系这三个部分进行介绍。RIFF体系从主体结构设计、通用构件设计和成果应用三个方面进行介绍。

一、研究背景

俞总指出做企业的终极目标有两个:一是产品能够让客户有最好的使用(应用)体验,也即市场欢迎,二是产品生产(建设)过程有最高的生产效率和效益,也即盈利容易。筑友集团的新型装配式结构体系的服务对象有建设单位,设计单位,制造施工单位,最终反馈到购房者手上。用户的需求对于不同的单位来说也不一样,对于建设单位来说,市场受欢迎、总造价合适很重要;对于设计单位来说,传力机制明确、设计快、设计好很重要;对于施工单位来说,制造施工效率高、成本低、质量高很重要;最后反馈到购房者的角度上来说,他们考虑的是产品安全可靠、满足个性需求、而且产品价格低很重要。做装配式结构的核心痛点主要包括构件边缘出筋和现场施工支模问题。问题决定研发方向,比如针对构件不出筋可以考虑提高台膜周转率、提高边模利用率等方式来减少现场钢筋打架现象,针对少支模少支撑可以考虑减少现场工作,提高现场施工效率等。至此,俞总引出了今天讲座的两个重点方面,即大跨度预应力双向受力叠合楼盖体系和RIFF体系。

二、大跨度预应力双向受力叠合楼盖体系

大跨度预应力叠合板首先的一个特点是跨度大,通过使用先张预应力技术实现大跨度,单跨跨度可达9m,工程建设应用中可减少拆板数量,减少吊装次数。最终交付产品户内无梁,且内部分割灵活、改造方便。第二个是长线台模生产,根据拆板方案,统计预制板尺寸,合理排布长线台模生产计划,结合符合先张法生产预应力叠合楼板工艺要求的长台模,一次张拉生产多个构件,人均工效提升。第三个特点是底筋弯起,构件采用底筋弯起设计,边模不开孔,大幅提升底筋支设的效率以及装、拆模效率。第四个特点是密拼拼缝:预应力叠合楼盖通过密拼拼缝实现双向导荷,施工现场板间接缝无需支模;板身采用先张预应力,提高了预制板的刚度和韧性,减少开裂,减少板底支撑数量。双向导荷机制是这个体系的核心。

2.1拼缝构造的设计与验证

团队开展了拼缝构造的设计与验证工作。研究发现:板裂缝发展充分,延性较好;马镫筋对板的承载能力影响较小;并且发现单侧长度1.2La满足性能要求,板拼接截面可按照截面有效高度等强配置钢筋;板侧缺口构造对拼缝板性能影响较小;通过板底钢筋伸出形式的不同进行试验分析,发现板底钢筋斜向伸出构造可增加叠合板的整体性,提高板的初始刚度和承载能力,板底钢筋竖向伸出对叠合板的承载性能影响较小。对于各厚度板,板底钢筋斜向伸出时,破坏模式均为延性破坏;各板裂缝发展充分,其破坏模式多为超过位移限值,拼缝截面没有破坏;采用斜伸构造,并采用等强配筋,拼缝截面与一般截面等强。等强配筋板(加密)初始刚度和极限承载力均远高于等数量配筋板(不加密);进行叠合板的设计时,应采用等强配筋。采用斜伸构造,且拼缝等强配筋时,叠合板在非预应力方向等同现浇。

2.2拼缝构造优化

确定密拼预应力叠合板密拼拼缝构造,并进行验证后,后续继续探索拼缝构造细部参数对拼缝力学性能的影响﹔设置相应的试验构件,优选最优构造参数。研究发现了钢筋斜伸角度对叠合板受力性能的影响规律;国标中叠合、现浇板与密拼预应力叠合板的承载能力和破坏模式均较为接近;密拼预应力在做到减少了钢筋含量、减少了拼缝模板支撑工作、增加最大跨度的同时,保证了较好的力学性能;采用不同的新-旧混凝土截面处理方法,对板的力学性能影响均较小;如果通过拉毛等方式使新-旧混凝土叠合面抗剪满足计算要求,则可不配置马镫筋。最终得出结论,大跨度预应力双向受力叠合板拼缝处构造如下:板底钢筋30°~60°斜伸出底板;拼缝附加钢筋单侧长度大于1.2La;拼缝附加钢筋应根据有效截面等强配筋;采用上述构造的叠合板在非预应力方向等同现浇。

2.3区格试验验证双向受力

通过有限元数值模拟发现,有限元模型的混凝土拉伸损伤区域与试验板底的裂缝分布相近;两拼板的支座反力比在0.85~1.25之间,与试验得到的反力比范围相符;四拼板的支座反力比在1.13-1.45之间,与试验得到的反力比范围相符。由此得出结论,采用上述构造的叠合板在非预应力方向等同现浇且整体可形成双向板。


三、RIFF体系

3.1主体结构设计

1.0版RIFF柱构造如下:柱脚连接件干法连接,高容差、高效率;连接设在层高1/3处,受力小,操作便捷;可一柱多层,少连接,施工现场不需要临时支撑,提高施工效率。基于不同的柱-柱连接位置和不同的连接盒子数量开展了对比试验,并且结合了相应的有限元分析结果,结果是在最不利的连接位置上部分连接件早于结构破坏,团队对连接件进一步优化,推出RIFF柱2.0构造。RIFF柱2.0无需支撑、易检验、性能可靠、吊装落位快。对于剪力墙,采用预制螺旋箍剪力墙,主要技术为上下层墙连接、波纹管浆锚搭接、同层墙连接,同时RIFF剪力墙的施工也非常快速。对于新型边缘叠合楼板,采用中部区域全厚度预制,无需桁架钢筋增强预制板刚度,降低含钢量(板面可以不布置钢筋),并且施工所需支撑数量减少,预制率提高,现场现浇砼量减少,预制板面平整,无需抹灰找平。

3.2通用构件

剪力墙结构应用的楼梯,加载至28KN/㎡没坏,楼梯、楼梯连接件均没有破坏。对于全预制沉箱来说,它的特点有免支撑、防水性好、施工快、安装可调、生产快、构件不出钢筋。对于不降板同层排水模块,它的特点有无需支模、支撑;卫生间层高不受影响;无渗漏隐患;后期易检修维护;相比现浇价格为300元/个的卫生间,综合成本为5元/㎡。

3.3应用成果

登封市嵩山驿站项目是市民公共活动中心建筑,总建筑面积约为341m2,项目楼板应用了筑友智造建设科技集团建筑科学研究院所研发的RIFF体系边缘叠合楼板,外墙采用预制三明治外墙,内隔墙采用预制内隔墙。RIFF体系工艺馆位于筑友集团长沙工业园区内部,分别采用RIFF螺旋箍剪力墙结构体系以及RIFF框架结构体系建设两栋单体建筑,并预留展示节点施工工艺。除此之外还进行相应操作手册的编写,完成了《边缘叠合楼板技术规程》的挂网征求意见工作,完成了《螺旋箍剪力墙技术规程》的立项工作。筑友智造建设科技集团与东南大学吴刚教授、吴京教授、王春林教授团队深入合作,建立东南大学-筑友集团装配式建筑联合研发中心,承接科技部“科技助经济2020”重点专项项目:高效装配式混凝土结构连接与大跨预应力叠合楼盖技术产业化应用,并圆满完成。

互动环节

Q:线上观众

如何判断产品具有创新性,在市场上能经得住考验?

A:俞总

产品需要经过市场的检验,用工业的思维去思考,用其他领域的方案去不断探讨能不能在建筑领域去解决一些问题,用实践去检验我们的产品,思考的角度和解决问题的手段有别于高校科研,我们提出想法,并通过试验和有限元模拟去验证是否符合现行规范标准,这样设计院、工厂和施工现场都好接受。


Q:线上观众

PIFF体系能够快速建造,该体系能否适用于等同现浇所适用的规程,还是说后期还会有相应的规程?

A:俞总

半刚性连接与国标相违背了,我们以等强设计原则来做相应的试验和相应的规程的编写,后续也会相应完善,希望后期在结构体系上有所突破。

讲座总结

讲座最后,王春林教授对本场讲座进行了总结:

俞总本次讲座以与东南大学合作的国家科技部“助力经济2020项目”(高效装配式混凝土结构连接与大跨预应力叠合楼盖技术产业化应用)实施为例,介绍新型大跨度预制预应力叠合楼盖的研发过程、研发成果、应用案例及经济效益;介绍一种全新的半干式、构件不出筋、现场不支模的预制装配混凝土结构体系研发过程,研发成果、应用案例及经济效益。俞总在装配式建造领域深耕多年,希望俞总之后能够在装配化生产和智能化方面继续给我们带来精彩分享。

王春林教授也代表各位同学向俞总为我们带来本次精彩讲座表示感谢!


(撰稿人:徐志昊)