框架結(jié)構(gòu)在裝配式混凝土中的應(yīng)用實(shí)踐

陸永慧

（南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

1 框架結(jié)構(gòu)連接優(yōu)點(diǎn)

預(yù)制構(gòu)件通常采用干連接及濕連接方法，濕連接一般通過預(yù)制的梁、柱及T 型構(gòu)件，可通過設(shè)計(jì)理念結(jié)合二次澆筑將整體框架結(jié)構(gòu)有效連接，此種連接方法需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土，并對(duì)于混凝土實(shí)施養(yǎng)護(hù)，其成本及施工速度存在差異。干連接在連接過程中一般不利用現(xiàn)澆混凝土，通常采用延性拉桿、預(yù)與牛腿式連接方法進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件連接，避免二次澆筑，有效幫助施工團(tuán)隊(duì)縮短工期。

2 框架結(jié)構(gòu)連接分析

對(duì)于以往大地震相關(guān)自然災(zāi)害進(jìn)行研究，其中發(fā)現(xiàn)有部分為遭到嚴(yán)重破壞的裝配式建筑物。柱構(gòu)件及預(yù)制梁破壞程度較低。其被破壞的重要原因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)內(nèi)部分構(gòu)件連接遭到破壞。因此，預(yù)制構(gòu)件中的節(jié)點(diǎn)通常為裝配式結(jié)構(gòu)中的缺點(diǎn)，同時(shí)，其能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)抗震中的整體及重點(diǎn)抗震基礎(chǔ)。近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行裝配式混凝土構(gòu)架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)研究，其中對(duì)于節(jié)點(diǎn)性能及構(gòu)件研究方向較多。

2.1 節(jié)點(diǎn)性能及構(gòu)件性能

裝配式混凝土中的部分結(jié)構(gòu)以及干式連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)用延性桿、混合、預(yù)應(yīng)力筋、牛腿等連接方式。

1.預(yù)應(yīng)力筋連接方法：預(yù)應(yīng)力筋連接一般為提前在預(yù)制梁、預(yù)制柱的構(gòu)架中保留孔道，并在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)通過應(yīng)力筋經(jīng)過孔道實(shí)施用力牽拉，并有效實(shí)現(xiàn)梁柱間的接縫封存，封存方法為灌漿法。

2.混合連接方式：普通鋼筋的耗能能力相比于預(yù)應(yīng)力筋更高。因此，預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)上能夠有效避免進(jìn)行普通鋼筋添加，使其耗能能力提高，因此，可以稱作為混合連接，為有效提高耗能，應(yīng)對(duì)于節(jié)點(diǎn)上實(shí)施阻尼器增設(shè)，或進(jìn)行安裝耗能能力較高的相關(guān)設(shè)備。但增加的耗能設(shè)備需要具備較高的安全度，同時(shí)，施工過程簡(jiǎn)便、成本較低并能夠?qū)崿F(xiàn)有效維護(hù)、具備較強(qiáng)的實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)才能得以有效推廣。

3.延展桿連接方式：延展桿連接主要為預(yù)制梁端頂部及底部，將其中部分混凝土消除，在梁端實(shí)施預(yù)埋連接塊，同時(shí)預(yù)埋塊能夠與高強(qiáng)度鋼筋成為一個(gè)整體，對(duì)于連接實(shí)施有效固定，同時(shí)應(yīng)注重延性桿預(yù)埋，應(yīng)用螺栓末端可以設(shè)置具備橡膠的墊板，使節(jié)點(diǎn)的變形能力增強(qiáng)，但對(duì)于橡膠厚度應(yīng)進(jìn)行合理選擇。

4.牛腿式連接方法：牛腿式連接由于具備空間占據(jù)面積較大，對(duì)建筑美觀產(chǎn)生影響，因此一般在工業(yè)建筑中使用。

5.新型連接方法：近幾年，相關(guān)研究學(xué)者中提出新型的混凝土裝配式框架結(jié)構(gòu)干式連接節(jié)點(diǎn)方法。

2.2 整體性及結(jié)構(gòu)性研究

對(duì)于框架三層預(yù)壓中裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架實(shí)現(xiàn)擬靜力及擬動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，其中對(duì)預(yù)壓裝配式框架的滯回性能、耗能能力、承載能力、動(dòng)力特征、截面特征、抗震性能等進(jìn)行分析，應(yīng)用有限元件進(jìn)行試驗(yàn)框架分析，并對(duì)其實(shí)施彈性動(dòng)力及靜力彈塑性分析，有效探究實(shí)驗(yàn)框架的抗震功效。同時(shí)，通過預(yù)壓裝配式混凝土框架拆除構(gòu)件方法及拉結(jié)法數(shù)值進(jìn)行模擬分析，并對(duì)于預(yù)壓裝配式框架的倒塌及連續(xù)倒塌抵抗能力進(jìn)行探討、分析及實(shí)驗(yàn)研究。榀二層二跨預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架在擬靜力及擬動(dòng)力實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的效果進(jìn)行分析，其中發(fā)現(xiàn)框架屈服過程中殘余變形較小，卸載后能夠?qū)崿F(xiàn)變形恢復(fù)，預(yù)壓裝配式結(jié)構(gòu)恢復(fù)能力較強(qiáng)，應(yīng)用程序模擬靜力實(shí)驗(yàn)可獲得框架住極限荷載能力。

3 框架結(jié)構(gòu)在裝配式混凝土中的應(yīng)用

3.1 預(yù)應(yīng)力筋連接應(yīng)用

相關(guān)人員研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于無粘連后張預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，其中發(fā)現(xiàn)，在這些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)大變形后其剛度及強(qiáng)度均減弱，存在的殘余變形較小，因此，這種節(jié)點(diǎn)具備較強(qiáng)的復(fù)原能力。同時(shí)，由于應(yīng)力具備一定的約束效果，對(duì)于節(jié)點(diǎn)區(qū)抗剪極其有力，能夠有效降低區(qū)箍筋的施工用量，同時(shí)其耗能性能與現(xiàn)澆灌混凝土節(jié)點(diǎn)存在差異，同時(shí)，相關(guān)研究人員對(duì)于預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)均進(jìn)行反復(fù)加載，實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，預(yù)制節(jié)點(diǎn)的位移系數(shù)遠(yuǎn)高于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。應(yīng)力節(jié)點(diǎn)的破壞性會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋受限，預(yù)制柱及預(yù)制梁的連接部位出現(xiàn)較大縫隙，梁端混凝土被壓碎，由于其中的預(yù)應(yīng)力鋼筋位置裂縫寬度會(huì)不斷增大，其破壞過程中預(yù)制節(jié)點(diǎn)的累積耗能主要表現(xiàn)為現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的8/10 左右。反復(fù)進(jìn)行無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，其中發(fā)現(xiàn)，此類預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能更強(qiáng)，具備較強(qiáng)的恢復(fù)能力及延展性[1]。

3.2 混合連接應(yīng)用

相關(guān)研究人員對(duì)于裝配式混凝土框架混合連接情況實(shí)施抗震性能分析，并利用彈塑性靜力分析及動(dòng)力分析方法實(shí)施有效模擬，其中發(fā)現(xiàn)，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土當(dāng)中融入非預(yù)應(yīng)力筋能夠構(gòu)成全新的連接方法，并對(duì)于混合連接裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行反復(fù)加載，裝配式混凝土混合連接的框架節(jié)點(diǎn)的耗能能力近似于現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)，但其延展性、恢復(fù)能力均優(yōu)于整體現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)，二者在整體現(xiàn)澆混凝節(jié)點(diǎn)、綜合抗震性能之間同樣存在顯著差異。同時(shí)研究中發(fā)現(xiàn)，采用附加阻尼器預(yù)應(yīng)力裝配式框架節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效實(shí)驗(yàn)，阻尼器預(yù)應(yīng)力裝配式框架節(jié)點(diǎn)的耗能能力明顯更強(qiáng)。同時(shí)，其存在較強(qiáng)的變形恢復(fù)能力，整體抗震效果更為顯著，在抗震設(shè)防地區(qū)應(yīng)用價(jià)值較高。

3.3 延展桿連接應(yīng)用

近幾年，相關(guān)研究人員提出一類延性節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理為梁端上下表面均去掉部分混凝土，梁上下出現(xiàn)高強(qiáng)鋼筋，能夠與梁端部預(yù)埋連接塊共同構(gòu)成一個(gè)整體，同時(shí)，預(yù)埋延性桿的兩端存在杯狀端點(diǎn)，設(shè)置絲扣能夠通過高強(qiáng)度梁端及螺栓實(shí)現(xiàn)預(yù)埋連接，此結(jié)構(gòu)能夠在地震時(shí)有效實(shí)現(xiàn)塑形及變形。在此過程中，會(huì)對(duì)于其中能量進(jìn)行消耗，有效避免對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞。同時(shí)實(shí)施延性連接節(jié)點(diǎn)加載試驗(yàn)過程中，可驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的抗震性能。相關(guān)人員對(duì)于四個(gè)原形足尺的試件進(jìn)行研究，其中發(fā)現(xiàn)新型裝配式混凝土框架的原形節(jié)點(diǎn)一般對(duì)其實(shí)現(xiàn)反復(fù)加載試驗(yàn)。其中實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證此節(jié)點(diǎn)抗震性能優(yōu)。此節(jié)點(diǎn)的承載能力相比于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)更高，更加符合設(shè)計(jì)需要。通過進(jìn)行節(jié)點(diǎn)核心處的預(yù)埋低屈服并進(jìn)行延性連接桿實(shí)施有效固定，節(jié)點(diǎn)位移延性系數(shù)均高于現(xiàn)階段的節(jié)點(diǎn)，能夠有效改善其延性。在此過程中，梁柱能夠有效保持良好彈性，同時(shí)，連桿能夠進(jìn)行塑性變形，有效滿足其延性連接需求。加載后期節(jié)點(diǎn)核心區(qū)會(huì)產(chǎn)生增大變形情況，通過有限元軟件實(shí)現(xiàn)分析，其中發(fā)現(xiàn)，箍筋加密后可對(duì)于剪切變形實(shí)施抵抗[2]。

3.4 牛腿式連接應(yīng)用

相關(guān)人員實(shí)驗(yàn)研究帶牛腿后、無牛腿后澆整體節(jié)點(diǎn)，可以看出無牛腿節(jié)點(diǎn)的耗能及延性相比于帶牛腿節(jié)點(diǎn)更具備優(yōu)勢(shì)，實(shí)施試驗(yàn)研究裝配式抗震框架摩擦滑移節(jié)點(diǎn)以及摩擦滑移機(jī)理試件中牛腿與梁柱之間能夠有效實(shí)現(xiàn)互嵌式接頭，直接實(shí)現(xiàn)傳力構(gòu)造構(gòu)建，在研究過程沒有發(fā)生性能蛻化；非線彈性反應(yīng)機(jī)理試件會(huì)產(chǎn)生出位移角，3%表現(xiàn)出非彈性特征，同時(shí)具備較小的參與位移，耗能較低，能夠有效提供間接傳遞途徑節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造，實(shí)驗(yàn)過程中沒有出現(xiàn)性能改變，層間位移相對(duì)較低，能夠促進(jìn)節(jié)點(diǎn)之間的接傳力提高會(huì)使節(jié)點(diǎn)柔性增加。因此，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注預(yù)制構(gòu)件之間的尺寸，使整體連接效果更加理想。

3.5 新型連接應(yīng)用

相關(guān)研究學(xué)者提出裝配式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)存在新型聯(lián)系方法，可由預(yù)制梁柱與螺栓節(jié)點(diǎn)、預(yù)制梁中的預(yù)埋件共同組建，此種新型裝配式方法與傳統(tǒng)交接點(diǎn)相比，耗能能力較強(qiáng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)施工成本節(jié)約。在干連接方式中結(jié)合受力的能力相對(duì)較差，其控制性能存在缺陷，因此，環(huán)形彈簧結(jié)構(gòu)可進(jìn)行連接，對(duì)于其受力進(jìn)行試驗(yàn)及分析，為施工當(dāng)中梁柱干連接提供新型連接方式，預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)施工難度較大，因此，可通過實(shí)施新型預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行減震連接，利用消能減震方式并結(jié)合現(xiàn)澆框架實(shí)現(xiàn)數(shù)值進(jìn)行全面分析，其中發(fā)現(xiàn)，消防器可根據(jù)不同參數(shù)對(duì)于體系抗震性能進(jìn)行探究，金屬消能減震連接體系的抗震性能相比現(xiàn)澆框架體系抗震性能更有優(yōu)勢(shì)，會(huì)由于阻尼器高度以及翼緣板厚度提升而增加腹板厚度，能夠避免對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震性能產(chǎn)生影響，同時(shí)能夠針對(duì)不同強(qiáng)度材料進(jìn)行有效抗震。

4 國(guó)內(nèi)外裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)研究成果

框架結(jié)構(gòu)研究通常為單獨(dú)節(jié)點(diǎn)研究，沒有對(duì)于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間進(jìn)行充分考量，一般就節(jié)點(diǎn)而討論節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)屬于整體預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究中的重要關(guān)鍵點(diǎn)，關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)體系，但結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)具備較強(qiáng)的意義，需要實(shí)現(xiàn)整體性能研究。同時(shí)，不斷實(shí)施裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)及連接節(jié)點(diǎn)整體研究能夠?qū)τ谘b配式混凝土框架結(jié)構(gòu)干式連接點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行分析，研究過程中更加注重延性、剛性及節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度。同時(shí)，對(duì)于整體結(jié)構(gòu)研究過程中更加側(cè)重框架的承載能力，潔面延性、滯回性能、動(dòng)力特征、耗能能力等。在結(jié)構(gòu)減震隔震技術(shù)方面需要深入研究，將結(jié)構(gòu)和正減震技術(shù)不斷應(yīng)用在配裝式混凝土當(dāng)中，能夠有效實(shí)現(xiàn)抗震性能預(yù)防。

5 結(jié)語

總而言之，本文從裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)及整體結(jié)構(gòu)研究方向，對(duì)于裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)及連接節(jié)點(diǎn)的國(guó)內(nèi)發(fā)展情況進(jìn)行分析，提出裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的后續(xù)研究方向，對(duì)于減震隔震技術(shù)、施工節(jié)點(diǎn)性能有效檢測(cè)方面進(jìn)行闡述，為后續(xù)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)發(fā)展方向提供參考，促進(jìn)施工企業(yè)不斷發(fā)展。