裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀

石 彩 華

(北京建筑大學(xué)，北京 100044)

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裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀

石 彩 華

(北京建筑大學(xué)，北京 100044)

簡(jiǎn)述了預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的產(chǎn)生背景，論述了研究裝配式結(jié)構(gòu)體系的意義，并分析了裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，指出預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。

裝配式結(jié)構(gòu)體系，梁柱節(jié)點(diǎn)，抗震性能，承載力

傳統(tǒng)的建筑生產(chǎn)過(guò)于分散，效率相對(duì)較低。近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快，社會(huì)各界紛紛實(shí)現(xiàn)流水線生產(chǎn)加工模式，建筑行業(yè)也逐漸轉(zhuǎn)向大產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)模式，提出了建筑工業(yè)化的概念，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、施工機(jī)械化以及組織管理科學(xué)化。因此，建立鋼結(jié)構(gòu)體系、裝配式結(jié)構(gòu)體系等新的結(jié)構(gòu)體系，從而使建筑行業(yè)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，是當(dāng)前研究者們工作的重中之重。

1 研究意義

在我國(guó)，工程中仍然以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系作為主要的建筑方式。其中，以濕作業(yè)為主的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系存在著現(xiàn)場(chǎng)工作量大，高空作業(yè)和人工操作多以及浪費(fèi)材料等現(xiàn)象。由此引起項(xiàng)目建設(shè)周期長(zhǎng)，項(xiàng)目成本控制難，項(xiàng)目質(zhì)量難以得到保證，因此該建筑體系不符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。而預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系可以讓資源和能源達(dá)到節(jié)約的目的，在結(jié)構(gòu)性能方面使材料的利用效率進(jìn)一步提高，在場(chǎng)地方面使施工更具有適應(yīng)性。進(jìn)而減少建筑垃圾，減少對(duì)周圍環(huán)境的不良影響，提高建筑的功能性和結(jié)構(gòu)性。

2 裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)的研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)的研究

1993年，學(xué)者Cheok在反復(fù)加載情況下對(duì)4個(gè)現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)和10個(gè)預(yù)制裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。其中，預(yù)應(yīng)力拼接的預(yù)制裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)在拼接處填充了纖維砂漿。而且預(yù)制裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的類型、預(yù)應(yīng)力筋的布置、粘結(jié)和非粘結(jié)等參數(shù)進(jìn)行了分析。試驗(yàn)表明：當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋屈服、梁端混凝土壓碎、梁柱拼接界面開(kāi)裂時(shí)標(biāo)志著預(yù)制裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)破壞，其中預(yù)應(yīng)力筋的類型、粘結(jié)或非粘結(jié)對(duì)界面開(kāi)裂寬度影響不大，但預(yù)應(yīng)力筋的布置對(duì)裂縫寬度影響較大。

2008年，學(xué)者呂西林,范力,趙斌在文中指出 Vasconez，Naaman等學(xué)者在反復(fù)加載情況下對(duì)9個(gè)鋼纖維混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)、1個(gè)聚乙烯 醇纖維混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)和3個(gè)普通混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：加入鋼纖維混凝土后甚至比加入聚乙烯醇纖維混凝土可以更有效地提高節(jié)點(diǎn)的性能，更重要的是，提高鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，從而提高節(jié)點(diǎn)延性，延遲節(jié)點(diǎn)失效的發(fā)生；與普通后澆節(jié)點(diǎn)相比，增加纖維可以使節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度增加了約30%，節(jié)點(diǎn)的耗能增加了約350%以及節(jié)點(diǎn)變形能力增加了約65%；與此同時(shí)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)中使用了含量為3%體積的纖維混凝土?xí)r，可以使節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋使用量下降50%，并使節(jié)點(diǎn)抗震性能變得更好。

2008年，學(xué)者呂西林,范力,趙斌在文中還指出澳大利亞Loo在反復(fù)加載情況下對(duì)6組1/2縮尺預(yù)制框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。這些節(jié)點(diǎn)是根據(jù)澳大利亞規(guī)范設(shè)計(jì)的，每組節(jié)點(diǎn)中包括一個(gè)帶牛腿的預(yù)制節(jié)點(diǎn)，一個(gè)不帶牛腿的預(yù)制節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。所有試件采用相同的尺寸，并對(duì)混凝土的強(qiáng)度、鋼筋強(qiáng)度以及鋼筋配筋率做了參數(shù)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：帶牛腿的預(yù)制節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相比，節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、延性和耗能都比較好；而與不帶牛腿的預(yù)制節(jié)點(diǎn)相比，節(jié)點(diǎn)的延性和耗能能力明顯較差。

2013年，學(xué)者孫巖波在文中指出Nakaki設(shè)計(jì)了一種連接器來(lái)連接預(yù)制混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)使其提高抗震性能。使用時(shí)，先在預(yù)埋柱中提前預(yù)埋合金的延性連接桿，預(yù)制梁與合金連接桿通過(guò)螺栓將其連接成一體。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，合金連桿通過(guò)自身的塑性變形來(lái)消耗地震能量，從而避免了其他構(gòu)件的破壞。由于合金連桿屈服點(diǎn)低、延性好以及耗能高的特性，使得梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能得以改善。

2014年，學(xué)者楊卉在文中指出新西蘭的Restrepo曾在反復(fù)荷載情況下對(duì)6個(gè)預(yù)制混凝土框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。預(yù)制混凝土框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在新西蘭高烈度區(qū)，這些預(yù)制混凝土框架節(jié)點(diǎn)在預(yù)制端伸出直鋼筋或帶鉤形鋼筋在搭接處進(jìn)行錨固，這是新西蘭高烈度地區(qū)常用的設(shè)計(jì)手段。測(cè)試結(jié)果表明：6個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的影響不是很大；雖然后澆混凝土骨料中出現(xiàn)泌水和沉降現(xiàn)象，使得混凝土的質(zhì)量有所下降，但是并沒(méi)有影響到6個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度、延性以及耗能，反而這6個(gè)構(gòu)件的層間位移都超過(guò)了2.4%，位移延性系數(shù)超過(guò)了6。從這個(gè)結(jié)果來(lái)看，6個(gè)構(gòu)件的抗震性能都比現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)好。

2.2 國(guó)內(nèi)裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)的研究

1995年，章文綱，程鐵生，遲維勝，邵式亮等學(xué)者對(duì)足尺的10個(gè)齒槽式的裝配式節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在加工裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)時(shí)，在混凝土中添加鋼纖維混凝土可以使裝配式節(jié)點(diǎn)的承載力明顯提高，節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)的裂縫寬度減小，結(jié)構(gòu)的整體剛度也有所增強(qiáng)。并給出了齒槽式裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)在實(shí)際運(yùn)用中的使用范圍及該種節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。

2001年前后，天津大學(xué)楊建江等學(xué)者在低周反復(fù)荷載作用下對(duì)4個(gè)鋼混凝土梁柱組合框架中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1)在梁柱節(jié)點(diǎn)中使用型鋼和混凝土兩種不同材料時(shí)，可以使梁柱節(jié)點(diǎn)的承載力和延性有明顯的提高，擁有更好的抗震性能。2)在節(jié)點(diǎn)區(qū)采用貫穿箍筋的型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)比采用焊接式節(jié)點(diǎn)的承載力有明顯提高。

2008年，呂西林等學(xué)者對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)行了擬動(dòng)力試驗(yàn)研究，其中，裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)為螺栓連接形式的梁柱節(jié)點(diǎn)和焊接連接形式的梁柱節(jié)點(diǎn)。主要對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞形式進(jìn)行了考查，對(duì)結(jié)構(gòu)的失效模式、強(qiáng)度、剛度、變形能力、耗能能力、滯回等抗震性能做了主要研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用螺栓連接形式的裝配式混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能較好，當(dāng)結(jié)構(gòu)的層間位移角超過(guò)1/25時(shí)，框架結(jié)構(gòu)還擁有承載力，滯回曲線較飽滿，抗倒塌能力和耗能能力較好，梁柱節(jié)點(diǎn)采用橡膠墊螺栓連接的裝配式結(jié)構(gòu)具有良好的試驗(yàn)狀態(tài)，但焊接連接方式的梁柱節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)中嚴(yán)重?fù)p壞；這種結(jié)構(gòu)的抗震薄弱處主要發(fā)生在樓板和梁焊接處；結(jié)構(gòu)最終發(fā)生柱底彎曲破壞。

2009年，李楠，張季超，楚先鋒，劉波等學(xué)者在低周反復(fù)荷載作用下對(duì)對(duì)焊連接的裝配式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了足尺對(duì)比試驗(yàn)研究。其中對(duì)焊連接處為梁底的縱向鋼筋，焊接點(diǎn)位于柱中和柱邊。本次主要研究梁柱節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂破壞特性、滯回性能、骨架特性、延性、耗能等抗震性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用對(duì)接焊連接的裝配式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)最終梁端發(fā)生彎曲破壞，在整個(gè)受力的過(guò)程中節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出良好的耗能性能和延性能力。

2011年，陳適才，閆維明，王文明，高杰等學(xué)者在低周反復(fù)荷載作用下對(duì)使用螺栓錨固連接方法的裝配式混凝土梁柱邊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了足尺試驗(yàn)研究。其中，梁內(nèi)主筋與傳統(tǒng)主筋在核心區(qū)彎曲成90°進(jìn)行錨固有所不同，它是在鋼筋的端部軋制螺栓，再將其進(jìn)行錨固連接。節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明：裝配式混凝土梁柱邊節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆混凝土邊節(jié)點(diǎn)具有相同或相似的抗震性能。

2012年，北京工業(yè)大學(xué)陳適才，閆維明，李振寶等學(xué)者在低周反復(fù)荷載作用下對(duì)采用不同連接方式的預(yù)制裝配式梁—柱—疊合板混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了足尺試驗(yàn)研究，主要對(duì)裝配式混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)整體結(jié)構(gòu)的抗震性能影響較大的因素為疊合板與預(yù)制梁和預(yù)制柱縱向鋼筋的連接方式；梁縱向鋼筋采用錨固連接方式的中節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)過(guò)程中縱向鋼筋存在滑移現(xiàn)象；而梁縱向鋼筋采用貫穿連接方式的中節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)過(guò)程中，其耗能性能與綜合抗震能力跟現(xiàn)澆中節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)相當(dāng)。

2014年，學(xué)者楊卉在低周反復(fù)加載情況下對(duì)4個(gè)框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了足尺試驗(yàn)研究，分別為普通的現(xiàn)澆混凝土中節(jié)點(diǎn)、裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)、普通現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)及裝配式混凝土梁柱邊節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：裝配式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)中與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出相近的破壞特性，而且這4個(gè)節(jié)點(diǎn)均發(fā)生了梁端彎曲破壞，具有較好的延性性能和抗震能力。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)查閱了大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，大致了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于梁柱節(jié)點(diǎn)的相關(guān)做法。受這些文獻(xiàn)和規(guī)程的啟發(fā)，提出了一種新的裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式，梁柱通過(guò)型鋼連接，這種連接方式便于安裝。接下來(lái)將裝配式節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)通過(guò)試驗(yàn)和軟件模擬來(lái)進(jìn)行對(duì)比，看其力學(xué)性能方面有哪些異同，并研究鋼板對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的影響，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。

[1] Cheok,Geraldine S,Lew H S.Model Precast Concrete Beam-Column Connections Subject to Cyclic Loading[J].PCI Journal，1993(4)：80-92.

[2] 呂西林,范 力,趙 斌.裝配式預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)縮尺模型擬動(dòng)力試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2008(4):58-65.

[3] 孫巖波.裝配式型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[D].北京:北京建筑大學(xué),2013.

[4] 楊 卉.裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[D].北京：北方工業(yè)大學(xué),2014.

[5] 章文綱,程鐵生,遲維勝,等.裝配式框架鋼纖維混凝土齒槽節(jié)點(diǎn)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),1995,16(3):52-58.

[6] 楊建江,郝志軍.鋼梁—鋼筋混凝土柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下受力性能的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2001(7):35-38，42.

[7] 李 楠，張季超，楚先鋒，等.預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)后澆整體式梁柱節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué)，2009(6)：41-44.

[8] 陳適才,閆維明,王文明,等.大型預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)梁—柱—疊合板邊節(jié)點(diǎn)抗震性能研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2011(6):60-67.

[9] 陳適才,閆維明,李振寶,等.大型預(yù)制混凝土梁柱疊合板中節(jié)點(diǎn)整體抗震性能試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué),2012(2):135-141.

Research on assembly concrete joints

Shi Caihua

(BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)

The paper indicates the formation background of the prefabricated assembly structure system, indicates its significance, analyzes the research on the assembly concrete joint at home and abroad, and points out the system has the advantages for the energy-saving and environmental protection, so it has broader application in future.

assembly structural system, beam-column joint, seismic performance, loading capacity

1009-6825(2016)31-0047-03

2016-08-27

石彩華(1989- )，女，在讀碩士

TU528

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