預(yù)制裝配式鋼管約束框架節(jié)點(diǎn)抗剪性能研究

（山西應(yīng)用科技院，山西 太原 030062）

1 預(yù)制樁配置鋼管約束框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

通過查閱大量文獻(xiàn)可知，預(yù)制裝配式框架連接節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)的澆筑式混凝土節(jié)點(diǎn)有著相似的性能，而國內(nèi)外的專家以及學(xué)者也對(duì)其有著較為深入的研究與分析[1]。

1.1 預(yù)制裝配式鋼管約束節(jié)點(diǎn)的框架結(jié)構(gòu)裝配施工成簇

第一步，如下圖一所示，新型的節(jié)點(diǎn)與上下柱安裝完成后，吊裝全預(yù)制裝配式鋼管約束節(jié)點(diǎn)就位，通過下柱縱筋進(jìn)行過節(jié)點(diǎn)的穿筋套管后將注漿孔注入漿料。在施工的過程中需要注意灌漿料需要填充預(yù)制柱與上橫隔板之間的預(yù)留空間后溢出，形成連接層。

第二步，在完成上述部分后，需要穿過節(jié)點(diǎn)的下柱縱筋與上柱預(yù)埋的灌漿套筒進(jìn)行灌裝連接。

第三步，將預(yù)制節(jié)點(diǎn)外梁端預(yù)先埋下的H型的鋼梁與預(yù)制的鋼筋混凝土梁進(jìn)行連接。

圖一預(yù)制裝配式鋼管約束節(jié)點(diǎn)安裝示意圖

1.2 節(jié)點(diǎn)形式與特點(diǎn)

在經(jīng)過分析以及試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)預(yù)制裝配式框架節(jié)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用的過程中其節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，從上圖的分析中可知，其節(jié)點(diǎn)在實(shí)際制造的過程中核心區(qū)域所使用的骨架構(gòu)造為橫向隔板構(gòu)造，這種結(jié)構(gòu)使得其在實(shí)際應(yīng)用的過程中負(fù)載轉(zhuǎn)移路徑十分的清晰。從實(shí)際情況來看，梁端剪力在其節(jié)點(diǎn)實(shí)際應(yīng)用的過程中能夠通過約束鋼管傳遞到橫隔板，在通過橫隔板傳遞到節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土，進(jìn)而傳遞到柱子。梁所承受的剪力在實(shí)際應(yīng)用的過程中能夠較好的進(jìn)行傳遞與分擔(dān)。

第二，從其節(jié)點(diǎn)的實(shí)際建造情況來看，核心區(qū)的混凝土通過穿筋套管進(jìn)行約束，在實(shí)際建造的過程中并不需要配置箍筋，其節(jié)點(diǎn)的澆筑較為便捷[2]。

第三，其節(jié)點(diǎn)在實(shí)際建造的過程中梁端預(yù)埋件并不會(huì)對(duì)鋼筋混凝土梁的配筋情況進(jìn)行過多的干預(yù)。以及其在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中所加入的豎向鋼板能夠在較大程度上提升梁端的抗剪承載力。

2 預(yù)制裝配式鋼管約束框架節(jié)點(diǎn)抗剪性能研究

2.1 試驗(yàn)概述

1 試件材料與選擇

本文在進(jìn)行研究的過程中首先對(duì)現(xiàn)階段建筑工程中梁柱的實(shí)際情況進(jìn)行分析后，按照實(shí)際情況進(jìn)行試件材料的選擇。本實(shí)驗(yàn)中梁柱在實(shí)際建造的過程中所選擇的混凝土強(qiáng)度為C40，而節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域多選擇的混凝土強(qiáng)度為C30。在進(jìn)行連接以及固定時(shí)，梁柱之間的縱筋使用HRB400，而箍筋使用HRB335。本實(shí)驗(yàn)中所選擇的鋼板為Q235強(qiáng)度的鋼板。

從實(shí)際的情況出發(fā)，在進(jìn)行鋼構(gòu)件選擇的過程中。柱截面選擇尺寸在300X300毫米，界面配置有8根25鋼筋的。而梁截面選擇截面在200x400毫米，截面配置有6根25鋼筋的，所使用的鋼腹板的尺寸在1200X200X5毫米的，其具體情況如下圖所示。

圖二 梁柱配筋示意圖

2.2 試件制作

從現(xiàn)階段的實(shí)際情況出發(fā)，在進(jìn)行時(shí)試件制作的過程中其制作流程大致可分為九個(gè)部分。第一，按照實(shí)際的需求制定相應(yīng)的梁柱模具，有保證所制作出的構(gòu)件是滿足實(shí)際建造需求的[3]。第二，按照實(shí)際情況進(jìn)行鋼筋的下料。第三，在進(jìn)行上述部分后，進(jìn)行鋼材貼應(yīng)變片。第四，梁柱鋼筋綁扎部分。第五，在綁扎工程結(jié)束后，進(jìn)行混凝土的澆筑。第六，混凝土的保養(yǎng)與維護(hù)。第七，在構(gòu)件凝固后，進(jìn)行脫模處理。第八，將不同的零件進(jìn)行組裝。第九，進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)部分組裝。

為保證構(gòu)件制造的質(zhì)量需要把控施工過程中以下兩個(gè)方面的工作。第一，重視原材料的檢驗(yàn)工作，確保所選擇的原材料在實(shí)際應(yīng)用的過程中自身規(guī)格滿足實(shí)際需求，且沒有出現(xiàn)問題。如混凝土沒有出現(xiàn)過期、結(jié)塊情況。鋼筋沒有出現(xiàn)銹蝕情況等。第二，在進(jìn)行構(gòu)建制造的過程中需要對(duì)每個(gè)零件的質(zhì)量進(jìn)行檢測，排除部分規(guī)格、質(zhì)量等不符合需求的零件。

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

本實(shí)驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用的過程中主要是針對(duì)于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而相關(guān)人員在對(duì)其實(shí)際需求進(jìn)行分析后制定相應(yīng)的試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析

1 試件全過程分析

在進(jìn)行試件節(jié)點(diǎn)分析的過程中需要在建筑節(jié)點(diǎn)部分選擇四個(gè)點(diǎn)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加壓，對(duì)其鋼筋屈服狀態(tài)進(jìn)行判斷。而從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中可以看出各個(gè)節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生破壞的順序基本如下所示。

裝配式節(jié)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用的過程中不斷的加壓，首先會(huì)在梁體的表面出現(xiàn)細(xì)微的裂縫情況，之后給那個(gè)套筒側(cè)壁與核心區(qū)域混凝土分離，出現(xiàn)空鼓情況，進(jìn)而出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域鋼套筒屈服情況，在梁端出現(xiàn)鋼筋屈服情況后，鋼筋混凝土梁出現(xiàn)裂縫，并伴隨著力的增大，裂縫在不斷的增大，直到梁端混凝土碎裂。

現(xiàn)澆式節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)的過程中不斷的加壓，首先會(huì)在梁體的表面出現(xiàn)細(xì)微的裂縫，而這個(gè)裂縫會(huì)伴隨著壓力的不斷增大，蔓延到核心區(qū)域。而繼續(xù)伴隨著力的增大，核心區(qū)域的裂縫也會(huì)不斷的增大，核心區(qū)域的剪力受到破壞，試件產(chǎn)生損壞。

2 滯回曲線分析

滯回曲線是現(xiàn)階段用于判斷節(jié)點(diǎn)抗震性能的主要依據(jù)，而從現(xiàn)階段所有的數(shù)據(jù)中來看在混凝土處于正常狀態(tài)沒有產(chǎn)生開裂情況時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)中的滯回曲線處于直線循環(huán)狀態(tài)，梁柱的節(jié)點(diǎn)也基本處于彈性階段[4]。而在試件開裂，產(chǎn)生細(xì)微裂縫的情況下，滯回曲線的斜率會(huì)有緩慢的下降，氮?dú)獾南陆捣炔⒉幻黠@。而伴隨著壓力的增大，試件核心區(qū)域的鋼套筒產(chǎn)生屈服狀態(tài)的情況下，梁端混凝土產(chǎn)生較大的裂縫情況，滯回曲線從原有的弓形變成反S形，而繼續(xù)增加壓力，滯回曲線的斜率會(huì)進(jìn)一步的降低。在試件到達(dá)極限荷載的情況下，梁柱節(jié)點(diǎn)剛度明顯下降，鋼套筒產(chǎn)生嚴(yán)重形變，焊縫裂開，梁端裂縫寬度已經(jīng)處于較大的狀態(tài)。繼續(xù)增加負(fù)載，鋼筋混凝土梁端混凝土已經(jīng)逐步的失去其應(yīng)有的效果，試件的剛度迅速降低，滯回曲線斜率飛速下降。其基本變化情況如下圖所示。

圖四滯回曲線變化示意圖

3 骨架曲線分析

骨架曲線在實(shí)際應(yīng)用的過程中主要展示構(gòu)建的受力性以及變形特性，其能夠在較大程度上反應(yīng)加載過程中節(jié)點(diǎn)的剛度、強(qiáng)度、延性以及抗震性能等方面的變化情況。本文在研究的過程中選擇四個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究，其中CJ-1現(xiàn)澆式節(jié)點(diǎn)，其余為預(yù)制裝配式節(jié)點(diǎn)。從整體情況上來看，四個(gè)節(jié)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用的過程中其曲線骨架均呈現(xiàn)S形，區(qū)主要表達(dá)在荷載作用下，梁柱節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的三個(gè)階段。第一階段，加載初期，構(gòu)建較為完成，其梁柱節(jié)點(diǎn)剛度沒有明顯的變化情況、而伴隨著荷載的不斷增加，斜率建撒后，梁柱節(jié)點(diǎn)剛度在不斷的下降，進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)化階段。而伴隨著荷載的繼續(xù)增加，節(jié)點(diǎn)的剛度以及承載力都有明顯的下降情況，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生破壞情況[5]。而從四個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況來看，裝配式節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)的過程中各方面的數(shù)據(jù)沒有明顯的變化，而現(xiàn)澆式的承載力則明顯低于裝配式。這也在一定程度上說明，鋼套筒與內(nèi)隔板的存在能夠在較大程度上提升試件的延展性以及裝配式階段的承載能力。

圖五曲線骨架示意圖

4 節(jié)點(diǎn)屈服與破壞情況分析

本實(shí)驗(yàn)在實(shí)際進(jìn)行的過程中使用“通用屈服彎矩法”確定梁柱節(jié)點(diǎn)的屈服情況，其基本的原理如下圖所示。而從現(xiàn)階段的實(shí)際情況來看現(xiàn)澆式在破壞狀態(tài)是，其所承受的相對(duì)位移以及最大荷載數(shù)值更低。說明鋼套筒的存在能夠在較大程度上提升要構(gòu)件的受力性能。

3 結(jié)束語

從實(shí)際情況來看，預(yù)制裝配式建筑在實(shí)際應(yīng)用的過程中其節(jié)點(diǎn)的抗震能力、抗壓能力等均高于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式節(jié)點(diǎn)，能夠更好的提升建筑的整體質(zhì)量。但，現(xiàn)階段我國裝配式住宅在實(shí)際應(yīng)用的過程中仍存在部分不足，需要人們進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)與完善。