测试为模块化建筑设计的保温承重预制混凝土墙的结构性能

《Journal of Building Engineering》：Testing the structural performance of insulated load-bearing precast concrete walls designed for modular construction

预制混凝土结构的热工性能与机械性能协同优化研究，测试不同剪切连接器（混凝土肋、2D/3D钢桁架）对ILB墙抗侧力性能的影响，揭示其在高剪力荷载下的弯曲主导破坏模式及材料延性差异，证实带剪切连接的ILB墙兼具结构安全性与能源效率优势。

　　

亚历克西娅·里贝罗（Alexia Ribeiro）|萨贾德·侯赛尼（Sajjad Hosseini）|里卡多·卡莫（Ricardo Carmo）|罗曼·索萨（Romain Sousa）|爱德华多·朱利奥（Eduardo Júlio）|安德烈·富尔塔多（André Furtado）

CERIS，里斯本大学高等技术学院，葡萄牙

摘要

预制钢筋混凝土结构通常与模块化施工系统相关联，这些系统具有高度的工业化特征。这些系统带来了许多优势，包括极低的材料浪费、加快的施工进度、提高的结构构件浇筑精度，以及便于拆卸以进行维修、更换构件或重新用于新结构的潜力。在建筑物的生命周期结束时，这一特性尤为重要，因为它有助于实现拆除和材料回收。近年来，大量研究集中在隔热预制墙上，但始终将其视为非结构构件。鉴于当前需要优化所有建筑材料以实现具有竞争力和可持续性的解决方案，有必要评估这些隔热墙是否能够为结构系统做出贡献。然而，目前尚未对此进行相关研究。本研究的目的是通过实验来表征承受平面外作用的隔热承重墙（ILB）的行为，重点关注混凝土层之间不同剪切连接方式的影响。为此，我们开展了一项全面的测试计划，分为四个部分，主要通过剪切主导的弯曲试验来评估其抗弯强度和抗剪强度。研究了不同类型的混凝土层间剪切连接方式（混凝土肋条、二维和三维钢结构）。实验结果表明，所采用的剪切连接方式在承受高横向荷载时成功防止了剪切破坏。然而，刚度、承载能力和延性可能存在显著差异。同时，还适当分析了其在使用条件下的行为，特别是开裂情况。这些发现支持了将带有剪切连接方式的隔热预制墙作为结构构件的可行性，从而同时提升机械性能和能源效率。

章节摘录

引言

传统的混凝土施工方式往往伴随着高能耗和显著的环境影响[1][2]。近年来，人们越来越关注提高基于混凝土系统的可持续性的策略，包括材料层面的改进和更高效的施工方法[3]。在此背景下，预制混凝土结构作为一种可行的替代方案，在工业和住宅应用中越来越受欢迎。

一般描述

本次实验旨在评估隔热承重混凝土墙在垂直于墙面方向的荷载作用下的结构性能，重点研究混凝土层之间不同剪切连接方式的效果。主要目标包括：i) 描述隔热承重墙在平面外荷载作用下的行为；ii) 评估各种连接配置的剪切传递效率、抗弯强度和破坏机制；

荷载-位移曲线

图6展示了典型的荷载-位移关系，并标出了分析中的关键参数。当首次出现裂缝时（由力F_crack及其对应的位移d_Fcrack确定），第一阶段结束。屈服位移d_y根据欧洲规范8[30]提出的理想化双线性曲线确定，并在图6中用三角形表示。峰值荷载F_max及其对应的位移d_Fmax也已在图中标出。

结论与未来工作

本研究通过实验评估了不同剪切连接方式在隔热预制混凝土墙板中的结构性能，特别是在剪切主导的荷载条件下的表现，旨在理解和优化其机械性能。测试内容涵盖了刚度、延性和破坏机制等方面。

结果表明，即使在较高的剪切载荷（约60 kN）下，P1、P2和P3组墙体均表现出以弯曲为主的破坏模式。

CRediT作者贡献声明

安德烈·富尔塔多（André Furtado）：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、概念设计。亚历克西娅·里贝罗（Alexia Ribeiro）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法论研究、数据收集。萨贾德·侯赛尼（Seyedsajjad Hosseini）：撰写、审稿与编辑、方法论研究、数据管理。里卡多·卡莫（Ricardo Carmo）：撰写、审稿与编辑、验证工作、方法论设计。罗曼·索萨（Romain Sousa）：撰写、审稿与编辑、方法论设计、资金筹集。爱德华多·朱利奥（Eduardo Júlio）：撰写、审稿与编辑、资源协调、资金筹集

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。

致谢

作者感谢FCT（葡萄牙科学技术基金会）对他们的研究中心CERIS——可持续性土木工程研究与创新的支持，该项目获得了UID/6438/2025的资助。本文是“R2UTechnologies”联盟发起的创新计划“R2UTechnologies|模块化系统”（C644876810-00000019）的成果，该计划得到了NextGeneration EU的联合资助，通过“企业创新议程”（“Agendas para a Inova??o Empresarial”激励计划支持。