高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)制拼裝柱的抗震性能研究

殷駿

身份證號碼：321102199002181517 江蘇 南京 210000

前言

目前我國的住宅建筑仍以混凝土結(jié)構(gòu)為主，主要采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工方式，工業(yè)化程度低、設(shè)計建造粗放、建筑材料損耗及建筑垃圾量大、建筑質(zhì)量不穩(wěn)定，與國家的節(jié)能、環(huán)保政策不匹配。住宅產(chǎn)業(yè)化成為將來民用建筑產(chǎn)業(yè)的一個大趨勢，其優(yōu)點是顯而易見的，如較高的生產(chǎn)效率、較好的產(chǎn)品質(zhì)量、較低的工人勞動強(qiáng)度、較高的綜合經(jīng)濟(jì)效益以及利于環(huán)境保護(hù)等?，F(xiàn)階段國內(nèi)應(yīng)用的鋼筋混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)多用多層或小高層預(yù)制框架建筑，在高層、超高層建筑中應(yīng)用仍較少。因此，有必要開展鋼筋混凝土預(yù)制裝配式高層建筑的抗震性能研究。鋼筋混凝土高層建筑中底層框架柱構(gòu)件的截面尺寸較大、軸壓比較大，混凝土強(qiáng)度較高，結(jié)合這些特點，本文選取套筒灌漿的節(jié)點連接方式，設(shè)計預(yù)制柱抗震性能試驗研究、數(shù)值模擬，對比分析數(shù)值模擬與試驗研究結(jié)果，并進(jìn)行預(yù)制柱的抗震性能影響參數(shù)擴(kuò)展分析，為預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)提供研究基礎(chǔ)。

1 抗震性能影響參數(shù)擴(kuò)展分析結(jié)果

對擴(kuò)展分析中各預(yù)制柱模型有限元計算結(jié)果進(jìn)行分析，從破壞過程與破壞模式、骨架曲線、延性系數(shù)等方面分析其抗震性能，從而得出預(yù)制柱隨軸壓比變小、混凝土強(qiáng)度降低時抗震性能的變化規(guī)律。破壞形態(tài)是評價預(yù)制拼裝柱抗震性能很重要的一點，破壞發(fā)生的過程與最終的破壞模式直接決定試件是脆性還是延性破壞。主要有三種破壞模式：彎曲破壞、彎剪破壞和剪切破壞。其中，試件發(fā)生剪切破壞是最危險的情況。觀察混凝土模型損傷發(fā)展過程，損傷首先出現(xiàn)在模型柱底受壓側(cè)。隨著荷載的增大，損傷從柱底逐漸向柱身中部發(fā)展。在水平往復(fù)荷載的不斷作用下，柱端和柱身損傷值達(dá)到最大，試件承載力也下降至極限承載力的百分之85。試件發(fā)生彎剪破壞[1]。

2 抗震性能

采用整體現(xiàn)澆的鋼筋混凝土柱在地震作用下，墩身將出現(xiàn)等間距的貫通裂縫，局部混凝土被壓碎，外側(cè)縱向鋼筋斷裂。當(dāng)墩身采用合適的配筋率時，混凝土壓潰和縱向鋼筋拉斷幾乎發(fā)生在同一時刻，鋼筋的承載力在被拉斷前無明顯下降。

2.1 節(jié)段接頭

節(jié)段拼裝混凝土柱的接頭主要指節(jié)段與承臺間的接頭以及節(jié)段間的接頭。節(jié)段與承臺間有3種連接方式，即現(xiàn)澆式、承插式和節(jié)段式。節(jié)段拼裝混凝土柱采用現(xiàn)澆式或承插式連接時，其破壞形式主要為彎曲破壞，其中承插式柱的塑性鉸有上移的趨勢。節(jié)段拼裝混凝土柱采用節(jié)段式連接時，其破壞集中在接縫處，承臺處接縫表現(xiàn)最為明顯。實際工程中，地震區(qū)高墩主要采用現(xiàn)澆式連接方式，中短墩主要采用承插式、節(jié)段式連接方式；非地震區(qū)主要采用節(jié)段式連接方式。

節(jié)段間的連接方式有匹配筑造、環(huán)氧接頭、剪力榫結(jié)構(gòu)等3種。實際工程中，非地震區(qū)或低烈度地區(qū)主要采用匹配筑造或環(huán)氧接頭連接方式，地震區(qū)主要采用剪力榫結(jié)構(gòu)連接方式。

2.2 耗能裝置

節(jié)段拼裝混凝土柱的耗能裝置分為兩大類，即內(nèi)部耗能裝置和外部耗能裝置。增設(shè)消能鋼筋能增加柱的消能能力，但是柱配筋率的提高增加了結(jié)構(gòu)的殘余變形[2]。

3 結(jié)束語

本文針對高層建筑預(yù)制框架結(jié)構(gòu)中的柱構(gòu)件，結(jié)合預(yù)制拼裝柱豎向連接的抗震性能試驗研究與ABAQUS數(shù)值模擬，對套筒灌漿制作方法的預(yù)制拼裝柱的抗震性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，取得的成果如下：①分析預(yù)制拼裝柱豎向連接的擬靜力試驗結(jié)果可知，預(yù)制柱在破壞形態(tài)方面與現(xiàn)澆柱基本一致，在承載力、延性、耗能等方面均不弱于現(xiàn)澆柱。另外，隨著軸壓比、漿料強(qiáng)度的升高，預(yù)制柱的極限承載力逐漸增大，延性系數(shù)逐漸減小，耗能能力略有降低。通過預(yù)制柱抗震性能試驗研究，為其應(yīng)用于高層預(yù)制建筑提供了理論依據(jù)。②通過材料屬性、邊界條件方面按照試驗實際情況合理考慮，建立了套筒灌漿節(jié)點連接方式的預(yù)制拼裝柱的數(shù)值模型，并進(jìn)行了試驗研究與模擬分析結(jié)果的對比分析，分析說明模擬與試驗在破壞模式、極限承載力、延性等方面的變化規(guī)律是基本一致，論證了數(shù)值模型的正確性與可靠性。③進(jìn)行了預(yù)制柱抗震性能影響參數(shù)的擴(kuò)展分析，由分析結(jié)果知，隨著預(yù)制柱的軸壓比、混凝土強(qiáng)度從低到高變化，其極限承載力升高、延性系數(shù)減小，破壞模式由彎剪破壞變?yōu)榧羟衅茐?。基于分析結(jié)果，給出套筒灌漿節(jié)點連接預(yù)制柱的軸壓比和混凝土強(qiáng)度適用范圍。通過上述研究，對套筒灌漿節(jié)點連接方式的預(yù)制拼裝柱的抗震性能有了初步認(rèn)識，但如下內(nèi)容仍有待進(jìn)一步研究與探索：①本文研究了預(yù)制框架結(jié)構(gòu)中柱構(gòu)件的抗震性能，預(yù)制框架一現(xiàn)澆核心筒體系的整體抗震性能值得近一步系統(tǒng)分析研究。②本文僅針對軸壓比、混凝土強(qiáng)度等影響參數(shù)進(jìn)行了抗震性能擴(kuò)展分析，對配筋率、截面尺寸等其他參數(shù)對預(yù)制柱抗震性能的影響仍有待近一步探討。