裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接形式綜述寇馳

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 西安 710000)

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接形式綜述寇馳

寇馳

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院陜西西安710000)

我國是個(gè)人口大國，我國正在實(shí)施城鎮(zhèn)化的建設(shè)，這就對(duì)住宅有很大的需求，同時(shí)還要保證住宅的質(zhì)量，提高住宅質(zhì)量、降低住宅成本、減少建設(shè)中對(duì)環(huán)境的污染、加快生產(chǎn)率，因此提出了把住宅建設(shè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。在住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中，承力構(gòu)件的連接部位是裝配式結(jié)構(gòu)能否推廣的決定性因素，因此研究連接部位的抗震性能具有重大意義。本文對(duì)近年來國內(nèi)外裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式進(jìn)行了小結(jié)。

裝配式；框架結(jié)構(gòu)；連接形式

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展以及人們對(duì)生活品質(zhì)提出更高的要求，因而對(duì)建筑產(chǎn)品將產(chǎn)生一種持續(xù)的需求，需要在一定時(shí)間內(nèi)獲得更多高品質(zhì)的建筑產(chǎn)品。面對(duì)這樣一種巨大的，持續(xù)的需求和即將開放的建筑市場(chǎng)，逐步實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化是我國今后建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)所在。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件經(jīng)裝配、連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)，具有生產(chǎn)周期短、勞動(dòng)強(qiáng)度低、綠色環(huán)保、成品質(zhì)量有保障、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)[1]。可以說，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在未來會(huì)有新的發(fā)展機(jī)遇[2]。對(duì)于裝配式框架結(jié)構(gòu)，框架節(jié)點(diǎn)將預(yù)制梁柱連接成一個(gè)整體，連接節(jié)點(diǎn)起荷載傳導(dǎo)和抗震耗能的作用。預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體抗震研究的基礎(chǔ)和裝配式結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重點(diǎn)[3]。梁柱節(jié)點(diǎn)的性能是影響整個(gè)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵，尤其是對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)[4]。在住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中，承力構(gòu)件的連接部位是裝配式框架結(jié)構(gòu)能否推廣的決定性因素，因此研究連接部位合理的連接形式是重中之重。

一、外研究現(xiàn)狀

在美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)均得到了廣泛的應(yīng)用。有些國家已經(jīng)將預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)視為新建建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。此外，國外許多高等院校、研究機(jī)構(gòu)對(duì)預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的整體抗震性能也進(jìn)行了深入的研究。

2005年，Blandon等人完成了1/2縮尺的2層預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬分析和低周反復(fù)加試驗(yàn)研究。同年Morgen對(duì)通過摩擦型阻尼器改善無粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能并進(jìn)行了研究。2006年，Ertas等人分別對(duì)四種類型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)研究，包括現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)、螺栓連接節(jié)點(diǎn)、焊接節(jié)點(diǎn)和后澆整體節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：螺栓節(jié)點(diǎn)的耗能能力、位移延性及剛度和強(qiáng)度退化等抗震性能比較好.2008年，Sudhakar A等人對(duì)預(yù)制裝配式型鋼混凝土框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，對(duì)柱的軸壓比、連接板厚度、梁底鋼筋等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：柱頂軸壓力對(duì)梁柱連接處的性能是有益的，當(dāng)軸壓比為0.3時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)的耗能能力和抗剪能力發(fā)揮最好；連接板厚度的增加可增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)耗能能力；梁底鋼筋延續(xù)性越好對(duì)結(jié)構(gòu)越有利。2009年，Mustafa Kaya等人對(duì)不同預(yù)制連接方式在不同水平荷載作用下進(jìn)行了三維非線性有限元模擬分析研究。結(jié)果表明：預(yù)制應(yīng)鋼筋連接方式的數(shù)值模型能夠真實(shí)模擬結(jié)構(gòu)的承載力，但是模型的初始剛度和層間位移角和真實(shí)結(jié)構(gòu)之間有1.5%的差異。2011年，Jianqiang Han等人無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，研究了裂縫發(fā)展特點(diǎn)、破壞形態(tài)、滯回曲線和無粘結(jié)預(yù)制鋼筋的位移延性等抗震性能。結(jié)果表明：該體系具有良好的抗震性能。2013年，L.F.Maya等人針對(duì)高性能纖維混凝土預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)框架分兩個(gè)階段進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：節(jié)點(diǎn)連接處的加強(qiáng)筋長度大于15d時(shí)，試件承載力可提高9%；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用封閉箍筋可加強(qiáng)套箍作用，提高節(jié)點(diǎn)抗剪承載力。

二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀

與國外發(fā)展國家相比，我國預(yù)制裝配式混凝土技術(shù)的研究相對(duì)落后，在民用建筑業(yè)中的運(yùn)用更是少之又少。但預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能和建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展優(yōu)勢(shì)，近年來國內(nèi)部分高等院校和研究機(jī)構(gòu)開始加大力度進(jìn)行研究。

2006年，董挺峰、李振寶等人對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)及對(duì)其加入非預(yù)應(yīng)力筋的混合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)，對(duì)其破壞形態(tài)、滯回曲線、位移延性、殘余變形等性能進(jìn)行了研究。2007年，翁大根等人利用消能減震技術(shù)，加固多層裝配式混凝土框架，并進(jìn)行了有限元模擬分析。研究結(jié)果表明：該消能減震裝置有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，大震下層間位移角減少4倍。2008年，李楠、張季超等人對(duì)新型連接方式的后澆整體式梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)其破壞形態(tài)、滯回性能、骨架曲線等抗震性能進(jìn)行了對(duì)比研究。2010年，王曉菡等人通過低周反復(fù)試驗(yàn)研究了預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)破壞模式、滯回曲線等抗震性能。研究結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力裝配式砼節(jié)點(diǎn)耗能能力強(qiáng)，殘余變形小。2011年，邱劍輝，張季超，呂建根等人對(duì)預(yù)制裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：該節(jié)點(diǎn)抗震性能良好，滿足“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固”性能要求。2012年，王煥、柳炳康等人對(duì)一單跨的3層預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力砼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擬動(dòng)力分析，研究了該結(jié)構(gòu)的變形能力和動(dòng)力特性。結(jié)果表明：預(yù)壓裝配式結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)作用下具有良好的變形能力，滿足中震最大層間位移角要求。2013年，陳杰峰張、季超等人對(duì)預(yù)制裝配式整體式框架結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行了歸納研究，提出整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析方法，并通過有限元軟件進(jìn)行分析驗(yàn)證。同年，李向民，高潤東等人設(shè)計(jì)一種新型裝配式砼框架延性節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：裝配式延性節(jié)點(diǎn)承載力高于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，其正負(fù)向加載位移延性相比現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)均有所提高，達(dá)到延性設(shè)計(jì)要求。2014年，鄒昀、林暉、馬衛(wèi)強(qiáng)用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)具有自復(fù)位功能的預(yù)制框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周往復(fù)加載下非線性分析，對(duì)施加預(yù)應(yīng)力、張拉控制應(yīng)力大小、預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量以及普通鋼筋配筋率等因素進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量對(duì)自復(fù)位預(yù)制框架節(jié)點(diǎn)抗震性能影響大，張拉應(yīng)力在一定范圍內(nèi)有明顯影響，普通鋼筋的配筋率影響較小。2015年劉菲菲、于德湖、張紀(jì)剛提出了兩種節(jié)點(diǎn)形式即預(yù)制裝配式新型節(jié)點(diǎn)1/3處連接和跨中連接節(jié)點(diǎn)，通過有限元模擬軟件進(jìn)行對(duì)比模擬，找出更合理的節(jié)點(diǎn)形式。結(jié)果表明預(yù)制裝配式混凝土跨中連接滯回曲線面積會(huì)略大一些，具有更好的耗能能力。2016年伏煥昌等人基于預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)施工困難，提出了新型預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)金屬消能減震連接體系，對(duì)消能減震連接體系和現(xiàn)澆框架進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。分析結(jié)果表明金屬消能減震連接體系的抗震性能略優(yōu)于現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)；該體系的抗震性能隨阻尼器總高度和翼緣板厚度的增加而提高；腹板厚度對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能幾乎沒有影響；阻尼器不同材料強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能有一定的影響。

三、結(jié)語

就目前而言，國內(nèi)對(duì)預(yù)制裝配式框架體系的研究相對(duì)較少，仍有很大的研究空間。近些年來，通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，表明了通過優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)形式以及節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)能夠得到令人滿意的抗震性能。在住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中，承力構(gòu)件的連接部位是裝配式結(jié)構(gòu)能否推廣的決定性因素，因此研究連接部位的抗震性能具有重大意義。新的、性能更佳更具實(shí)用性的連接形式有待提出。

[1]黃小坤，田春雨.預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2010(9)：28-32

[2]汪莉莉.探尋新型裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展之路[J].中國建設(shè)信息化，2016(10):22-25.

[3]陳曉丹，孫麗.現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化-裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接形式研究[A].第十二屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2015

[4]顏軍.裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀與展望[J].混凝土與水泥制品，2016(1)：75-79.

寇馳(1990-)，男，漢族，陜西西安市人，研究生在讀，工學(xué)碩士，西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向結(jié)構(gòu)體系與優(yōu)化設(shè)計(jì)。