純干裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)性能研究綜述

程?hào)|輝 田曄環(huán) 許鵬程

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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純干裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)性能研究綜述

程?hào)|輝 田曄環(huán) 許鵬程

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

闡述了純干裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并從預(yù)壓裝配式節(jié)點(diǎn)、混合裝配式節(jié)點(diǎn)、后澆整體式節(jié)點(diǎn)以及新型節(jié)點(diǎn)等方面，分析了純干裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，指出優(yōu)化節(jié)點(diǎn)形式是今后預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。

混凝土結(jié)構(gòu)，純干法，裝配式，節(jié)點(diǎn)形式

0 引言

2003年10月，“混凝土具有未來——在21世紀(jì)用混凝土預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行建設(shè)”這一觀點(diǎn)首次在第三屆國際混凝土工廠大會(huì)中提出，并受到廣泛關(guān)注。2000年3月，我國建筑混凝土預(yù)制構(gòu)件可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)中同樣指出“混凝土預(yù)制行業(yè)必將承擔(dān)中國混凝土施工現(xiàn)代化的重任”[1]。由此可知，21世紀(jì)以來，建筑工業(yè)化發(fā)展將成為當(dāng)前世界建筑技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一。

混凝土結(jié)構(gòu)就其施工建造方式而言，可分為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，而這兩類混凝土結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別在于梁、板、柱等預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接形式。對(duì)于預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，其受力薄弱環(huán)節(jié)在于節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)不同導(dǎo)致了整體結(jié)構(gòu)性能的差異，影響預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展。因此，深入研究預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的連接方式對(duì)建筑工業(yè)化的發(fā)展有著重要意義。

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)施工方法具有提高機(jī)械化水平、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、加快施工進(jìn)度、無現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)、減少建筑垃圾和施工噪聲對(duì)環(huán)境的不良影響，有效節(jié)約資源和能源等優(yōu)點(diǎn)，有利于環(huán)境保護(hù)[2]。

1 純干裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

純干法裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，相較于現(xiàn)澆式而言，如下：

1)產(chǎn)品質(zhì)量好。構(gòu)件在工廠預(yù)制，產(chǎn)品在強(qiáng)度、防水性、耐久性、密實(shí)度等方面均比施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆的混凝土構(gòu)件質(zhì)量有保障，同時(shí)工廠預(yù)制的混凝土構(gòu)件造型豐富，尺寸、形狀多種多樣，更能滿足建筑曲面多樣性的要求。

2)生產(chǎn)效率高。裝配式混凝土構(gòu)件大多在工廠預(yù)制完成，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)吊裝、就位后裝配成整體。不論是工廠預(yù)制或施工現(xiàn)場(chǎng)裝配，多采用機(jī)械化、自動(dòng)化的方式，而且現(xiàn)場(chǎng)混凝土濕作業(yè)少，大大減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和現(xiàn)場(chǎng)混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，施工周期縮短，對(duì)周圍生活工作影響減小。

3)對(duì)環(huán)境影響小。構(gòu)件在工廠預(yù)制時(shí)，可以嚴(yán)格控制廢水排放和噪聲污染，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)不需要或只需要很少的濕作業(yè)，縮短了工期，對(duì)改善施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有利。周圍自然環(huán)境污染減少，施工擾民現(xiàn)象得到改善。

2 純干裝配式混凝土的節(jié)點(diǎn)形式

2.1 預(yù)壓裝配式節(jié)點(diǎn)

合肥工業(yè)大學(xué)柳炳康等人[3-8]進(jìn)行了預(yù)壓裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)的一系列研究。梁柱均在工廠預(yù)制，為了方便裝配及考慮受力形式，預(yù)制柱設(shè)置暗牛腿。梁柱預(yù)制時(shí)在相應(yīng)部位預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道，待框架安裝就位將預(yù)應(yīng)力筋穿過孔道，在缺口梁和暗牛腿處用環(huán)氧樹脂砂漿拼接，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度完成預(yù)壓作用，后進(jìn)行孔道灌漿，形成框架整體。具體做法如圖1所示。

研究結(jié)果表明：塑性鉸首先出現(xiàn)在預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁端，符合“強(qiáng)柱弱梁”的抗震要求?？蚣芰涸诜磸?fù)的加載卸載過程中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的變形恢復(fù)能力，殘余變形也很小；滯回曲線豐滿，耗能能力較好；梁端截面轉(zhuǎn)動(dòng)能力良好，適當(dāng)進(jìn)行彎矩調(diào)幅；裝配式節(jié)點(diǎn)由于雙向壓力的存在，具有較大的剛度，同時(shí)對(duì)柱子的變形起到了限制作用，從而使其抗側(cè)剛度得到提高；預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)壓作用存在，使得結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)能力增加，震后修復(fù)能力得到提高。

由于梁端截面是由牛腿和缺口梁組成的組合截面，暗牛腿和缺口梁處配筋復(fù)雜，且僅依賴預(yù)應(yīng)力筋承受彎矩，所以梁端截面破壞嚴(yán)重，優(yōu)化梁端設(shè)計(jì)是今后研究的重點(diǎn)。

2.2 混合裝配式節(jié)點(diǎn)

美國華盛頓大學(xué)的John Stanton等[9]、北京工業(yè)大學(xué)李振寶等[10]對(duì)混合裝配節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，具體形式見圖2。梁柱均在工廠預(yù)制，在梁柱截面形心處預(yù)埋PVC管，后穿無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，在梁上下邊緣預(yù)埋波紋管，后穿非預(yù)應(yīng)力鋼筋。為限制壓區(qū)混凝土變形，梁端設(shè)置螺栓箍筋。在梁柱節(jié)點(diǎn)處用水泥砂漿拼接，并向非預(yù)應(yīng)力筋預(yù)留孔道灌漿，當(dāng)水泥砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力筋，形成框架整體。

研究表明：混合裝配節(jié)點(diǎn)作為直接裝配節(jié)點(diǎn)的進(jìn)化，后穿的普通鋼筋在荷載作用下起到了重要的作用，通過自身的拉壓屈服變形，來耗散能量，承擔(dān)一部分荷載作用；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋起到一定的預(yù)壓作用，對(duì)框架梁、柱施加擠壓力，提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪能力，承擔(dān)框架結(jié)構(gòu)的彎矩，提高結(jié)構(gòu)的受彎承載力，提供彈性恢復(fù)力，抵抗水平荷載作用下的變形，使殘余變形減小?；旌涎b配節(jié)點(diǎn)耗能能力較低，但恢復(fù)能力強(qiáng)，殘余變形和損傷、強(qiáng)度損失也較小，震后修復(fù)方便。

2.3 后澆整體式節(jié)點(diǎn)

我國制定的《預(yù)制裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中，給出了后澆整體式預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的連接方式，包括混凝土疊合板、混凝土疊合梁與預(yù)制混凝土樓梯連接。其中縱向鋼筋連接包括焊接、機(jī)械連接、套筒連接等。

2.4 新型節(jié)點(diǎn)

隨著預(yù)制裝配式混凝土研究的逐漸深入，越來越多的新型節(jié)點(diǎn)連接形式被提出。

同濟(jì)大學(xué)范力等[11]以預(yù)制裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，節(jié)點(diǎn)采用橡膠墊螺栓連接，通過后澆整體式節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)對(duì)比，可知：橡膠墊螺栓連接的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度小，彈性變形能力大，強(qiáng)度、延性和變形能力與其他兩種節(jié)點(diǎn)相當(dāng)，但剛度衰減較早且較快，耗能稍差。

廣州大學(xué)吳從曉等[12]提出了一種新型預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系，其組成為預(yù)制裝配式混凝土框架和扇形鉛粘彈性阻尼器的組合，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：通過扇形鉛粘彈性阻尼器的往復(fù)剪切變形參與節(jié)點(diǎn)的滯回耗能，該節(jié)點(diǎn)滯回曲線飽滿，具有良好的耗能能力；明顯提高了位移延性和節(jié)點(diǎn)承載力；扇形鉛粘彈性阻尼器的存在，增強(qiáng)預(yù)制裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的抗側(cè)力和抗側(cè)剛度，改變節(jié)點(diǎn)受力模式，使塑性鉸區(qū)從梁端后澆區(qū)外移至預(yù)制梁與阻尼器連接外側(cè)，實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的要求。

3 結(jié)語

根據(jù)以上幾種預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接方式，可以得到以下結(jié)論：

1)預(yù)壓裝配式節(jié)點(diǎn)的框架滿足“強(qiáng)柱弱梁”的要求，耗能能力、變形恢復(fù)能力良好，可適當(dāng)進(jìn)行框架彎矩調(diào)幅。預(yù)壓作用的存在有利于震后恢復(fù)。

2)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配混凝土混合節(jié)點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)相比，在強(qiáng)度、剛度、延性等方面均相當(dāng)，且混合節(jié)點(diǎn)框架有較強(qiáng)的變形恢復(fù)能力，震后殘余變形小，抗剪性能優(yōu)于普通混凝土框架。

3)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)的連接方式與現(xiàn)澆整體式混凝土結(jié)構(gòu)相比均互有利弊，研發(fā)新的節(jié)點(diǎn)形式依然是今后純干裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。

[1] 吳曉泉,聞德榮.我國混凝土行業(yè)空前發(fā)展的一年2003年技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)簡要分析[J].混凝土,2004(7):7-11.

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[11] 范 力.裝配式預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2007.

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Overview on pure dry assembly-style concrete joint performance

Cheng Donghui Tian Yehuan Xu Pengcheng

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The article introduces merits of pure dry assembly-style concrete structure, and analyzes advantages and disadvantages of pure dry assembly-style concrete joint form from aspects of preloading assembly-style joint, composite assembly-style joint, post integral joint and new joint, and finally points out that:optimizing joint form will be the development trend of pre-loading assembly-style concrete structure in future.

concrete structure, pure dry method, assembly style, joint form

1009-6825(2016)24-0035-02

2016-06-17

程?hào)|輝(1971- )，男，教授； 田曄環(huán)(1991- )，女，在讀碩士； 許鵬程(1994- )，男，在讀本科生

TU375

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