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我国首次6层冷弯薄壁型钢结构房屋振动试验成功完成,可抗8级地震!

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本文转载自公众号重庆发布、华龙网-新重庆客户端

作者:周小平 黄军 等


6月4日,重庆大学振动台实验室顺利完成了首个足尺寸实体6层冷弯薄壁型钢结构房屋的振动台试验,并取得成功。


01

模拟再现8级地震

该试验项目来源于周绪红院士和石宇教授主持的国家重点研发计划项目《高性能钢结构体系研究与示范应用》(2016YFC0701201)和国家自然科学基金重大项目《钢结构高效抗震体系研究》(51890902),是我国首个成功完成的6层足尺实体冷弯薄壁型钢结构房屋振动台试验,也是世界首次“双向”地震动输入的6层足尺冷弯薄壁型钢结构房屋振动台试验。

我国首次6层冷弯薄壁型钢结构房屋振动试验成功完成,可抗8级地震!

冷弯薄壁型钢结构房屋模型  邹乐 摄


“这个试验是一种新的体系,它叫做冷弯薄壁型钢结构房屋体系,这样一个体系,在以前主要应用于低层(三层以下),不能应用于多层。”周绪红院士解释,早在10多年前,他就带领团队对该种房屋体系向多层发展做研究,并取得了系列成果。此次就是针对房屋抗震性能所做的大型试验,通过模拟再现8级地震以及模拟人工合成的地震波试验,经过前后将近100次的地震考验,6层冷弯薄壁型钢结构房屋依然巍然挺立。

我国首次6层冷弯薄壁型钢结构房屋振动试验成功完成,可抗8级地震!

工作人员正在讲解该实验楼的数据

华龙网-新重庆客户端 记者秦思思 摄


“模拟地震的时候,我们能看到房屋甩来甩去,但没有倒塌。”周绪红院士称,该试验攻克了房屋抗震性能关键技术问题,真正实现了“小震不坏,中震可修,大震不倒。”

02

有望在川渝地带应用

据介绍,6层冷弯薄壁型钢结构房屋采用了钢管端柱-双面蒙皮钢板剪力墙夹支单层薄钢板剪力墙两种抗侧力体系,模型的结构平面尺寸为5.6m(长)×4.2m(宽),层高2.7m,总高16.2m。


“试验具有结构体系新、模型尺寸大、结构高宽比大、加载工况烈度高达8度罕遇等一系列特点,为世界首次双向地震动输入的6层足尺冷弯薄壁型钢结构房屋振动台试验。”周绪红院士称,本次振动台试验的房屋,由湖北华新顿现代钢结构制造有限公司加工制作与安装,结构通过型钢梁底座与振动台台面相连。与加拿大滑铁卢大学徐磊教授共同研发制造而成的纵横向两类新型剪力墙,具有抗剪承载力高、刚度大以及安装制造方便等特点。


据周绪红院士介绍,在之前,国内和国外都进行了类似的实验,但国内的足尺‘模型’试验只有3层,缩小尺寸的有5层。美国虽然也做过6层的振动台试验,但他们输入的地震波只有一个方向,而本次试验是横纵两个方向,能模拟出更复杂的真实地震情况,经过前后100余次地震的模拟,比如模拟汶川Wolong波、El Centro波和人工波,对该建筑进行试验,该建筑物仍然屹立不倒。并且是这类试验中世界上高宽比最大的一个建筑。在试验视频中,振动台给予了烈度高达8度罕遇,建筑依然保持完好无损。本次试验结果表明,冷弯薄壁型钢结构多层房屋是安全可靠的,将推动多层冷弯薄壁型钢结构体系在中国的发展与应用。

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中国工程院院士周绪红介绍相关情况  邹乐 摄


“目前,国家正在大力发展装配式钢结构建筑,冷弯薄壁型钢结构房屋用钢量低、自重轻、装配效率高、人工投入少,生产和施工过程均为干作业,噪声、粉尘和建筑垃圾排放小,且房屋品质易保证,是一种具有广泛应用前景的装配式绿色建筑。”周绪红院士表示,经过振动台试验结果表明,冷弯薄壁型钢结构多层房屋既安全可靠,又经济实用,他希望在川渝地区推广应用。

03

接下来将增加智能化

8日下午,重庆大学振动台实验楼,工人们正在对6层足尺冷弯薄壁型钢结构房屋进行拆卸。“房屋将拆分成两个三层房屋,重新安装在滨江路作为办公室。”周绪红院士介绍,下一步试验将增加智能化,比如打螺钉等工作可以交给机器人来做。


目前,团队开展的是6层冷弯薄壁型钢结构房屋的振动台试验,周绪红院士希望下一步发展至15层或18层。在他看来,钢结构房屋属于现代房屋,节能节地节水节材,环境保护,工厂制作,现场安装,建造时间大大缩短,提高了建造效率,不受气候影响。不仅在地震带好用,在其他非地震带也可广泛推广应用。


如今,周院士还将该钢结构房屋应用到自家,集成了太阳能、风能以及智能系统。“改造成了一间茶室和洗衣房,家里电路系统没电没关系,我这里还有永不消失的电波。”他说。

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周绪红

中国工程院院士  

日本工程院外籍院士

重庆大学土木工程学院 教授 博士生导师

《钢结构(中英文)》编委会主任委员

长期从事钢结构、钢-混凝土混合结构和桥梁结构等方向的教学与科研工作。在钢结构、钢-混凝土混合结构等新型结构体系的理论研究、工程应用与产业化发展方面取得了创新性成果。周绪红院士率领研究团队创建了钢管约束混凝土结构新体系,提出了巨型网格结构体系和钢管混凝土异形柱框架结构体系,创新发展了冷弯薄壁型钢结构体系和交错桁架结构体系,研发了新型混凝土叠合楼板体系和钢-混凝土组合索塔(或索梁)锚固体系,建立或发展了相应的结构分析理论、设计计算理论与方法,成果编制成国家、行业标准或被其采纳,并在高层钢-混凝土混合结构、大跨度房屋钢结构和桥梁结构等工程中广泛应用,促进了我国钢结构和钢-混凝土混合结构技术的发展,为推动我国建筑行业的科技进步作出了重要贡献。

先后获得国家科技进步一等奖、国家科技进步二等奖3项、省部级科技进步一等奖10项。获得国家教学成果二等奖2项,省级优秀教学成果一等奖3项;授权国家专利、软件著作权100余项。主编或参编国家与行业标准10部、国家与省级标准设计图集7部;主编国家和省级工法12本。出版专著2部,主编和参编教材9部,在国内外发表学术论文450余篇。

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