預(yù)制梁端預(yù)設(shè)短錨筋結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

馬青萍

本文針對預(yù)制梁這種橫截面小且截面上有較多梁縱筋甩出、很難進(jìn)行粗糙化處理的預(yù)制構(gòu)件，提出了預(yù)制梁端采取預(yù)設(shè)短錨筋代替粗糙化處理的方案。利用ABAQUS有限元軟件參考已有的預(yù)制梁柱節(jié)點足尺實驗，計算分析得：梁端預(yù)設(shè)短錨筋的最優(yōu)布置方案為HPB300級直徑為的6短錨筋均勻布置在預(yù)制梁端鍵槽垂直截面部位。

在裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中預(yù)制梁和柱連接節(jié)點處存在新舊混凝土的結(jié)合面，使得該部位形成了混凝土不同齡期抗剪切薄弱面。中國建筑科學(xué)研究院的顏峰等論證規(guī)范中預(yù)制梁端承載力計算公式的準(zhǔn)確性、結(jié)合面抗剪力學(xué)性能研究。趙勇等分別設(shè)計梁端設(shè)計鍵槽、粗糙面的試件，總結(jié)得出粗糙化處理方式多，但施工質(zhì)量難以把控、評價標(biāo)準(zhǔn)不一，建議要強(qiáng)化針對結(jié)合面處粗糙處理的設(shè)計要求和施工質(zhì)量。根據(jù)提出在預(yù)制梁端結(jié)合面預(yù)設(shè)短錨筋處理方式提高預(yù)制梁端的承載力，即在預(yù)制梁端新舊混凝土結(jié)合面處通過預(yù)設(shè)短錨筋有效的拉結(jié)，使預(yù)制梁、柱在節(jié)點區(qū)通過后澆混凝形成受力整體。這將免去預(yù)制梁構(gòu)件加工時對梁端這種橫截面較小且有很多縱筋甩出的預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行粗糙化處理的加工步驟，同時因為短錨筋的綁扎、混凝土澆筑均與預(yù)制梁同步，大大加快了預(yù)制構(gòu)件加工效率和施工進(jìn)度。

一、“鍵槽+預(yù)設(shè)短錨筋”方案設(shè)計

短錨筋在預(yù)制梁端結(jié)合面處的布置如圖1所示：短錨筋一側(cè)預(yù)埋在預(yù)制梁端部與預(yù)制梁一起在工廠加工完成，一側(cè)預(yù)留甩出長度laE的鋼筋，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，與預(yù)制柱等其他構(gòu)件通過后澆混凝土整澆在一起形成受力整體。

圖1中的為抗震錨固長度,為保證本文提出的短錨筋在地震工況下能與相接觸的混凝土之間有充分的黏結(jié)錨固性能，此處建議短錨筋的錨固長度取抗震錨固長度，其中抗震錨固長度計算方法見《混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》。

圖1 短錨筋布置圖

橫截面布置方案：

陳適才等針對某個裝配式住宅樓，試驗設(shè)計了3個節(jié)點構(gòu)件，研究了節(jié)點破壞形態(tài)以及受力性能。本文以該實驗中的中節(jié)點為研究對象提出了四種短錨筋的布置方案，如圖2所示。

圖2 短錨筋布置方案圖

方案一為短錨筋均勻布置在預(yù)制梁端鍵槽凹、凸部位，方案二為短錨筋沿預(yù)制梁高方向均勻布置在梁端鍵槽凹凸部位，方案三為短錨筋均勻布置在預(yù)制梁端鍵槽垂直截面部位，方案四為短錨筋沿預(yù)制梁端呈“T”形布置，鍵槽凹凸部位均設(shè)置。

二、短錨筋最優(yōu)布置方案

本文將選擇用有限元程序ABAQUS，基于文獻(xiàn)中的裝配整體式節(jié)點作為研究對象，對本文提出的四種橫截面短錨筋布置方案進(jìn)行對比分析。

1.有限元模型建立

在有限元模型中，混凝土材料選擇ABAQUS提供的混凝土損傷塑性模型，混凝土材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的選自《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，鋼筋、套筒采用理想彈塑性模型?；炷敛牧稀⒅v筋、鋼筋套筒采用八節(jié)點線性六面體單元；梁鋼筋、柱箍筋、板鋼筋采用二節(jié)點線性三維桁架單元模擬鋼筋軸向受力狀態(tài)進(jìn)行模擬。

預(yù)制構(gòu)件結(jié)合部位采用設(shè)置接觸條件處理，法向行為設(shè)置“硬”接觸，切向行為設(shè)置庫倫摩擦系數(shù)μ。本文對粗糙化處理后的預(yù)制梁端與后澆混凝土結(jié)合面之間切向μ取1.0，未經(jīng)過粗糙化處理的μ取0.6。

2.最佳方案選擇

在該有限元模型的基礎(chǔ)上，暫且不考慮原實驗中粗糙化處理，預(yù)制梁端構(gòu)造增設(shè)短錨筋。梁端橫截面短錨筋布置分別按照本文2.2節(jié)提出的四種布置方案。從圖3可知：預(yù)設(shè)短錨筋對該裝配式節(jié)點正向的承載力提高較為可觀，但三種方案對于節(jié)點承載力的提高相差幅度不大。

圖3 各方案力-位移曲線（自繪）

3.短錨筋最優(yōu)型號

為了充分滿足預(yù)設(shè)短錨筋的抗震錨固長度，在實際工程設(shè)計中，建議短錨筋的直徑選擇不宜過大，因此，在方案三的基礎(chǔ)上選擇鋼筋強(qiáng)度為HPB300級直徑分別為6、8、10的小直徑鋼筋進(jìn)行有限元分析，選擇最經(jīng)濟(jì)的短錨筋型號。

圖4增設(shè)HPB300級直徑分別為6、8、10的短錨筋節(jié)點骨架曲線圖。對比可知：增設(shè)短錨筋后，節(jié)點滯回曲線更加飽滿，對于節(jié)點正向的承載力提高較為明顯，直徑為6、8、10的短錨筋對于節(jié)點承載力的提高程度相差不大。因此，選擇最小直徑為6的鋼筋較為合適且經(jīng)濟(jì)。

圖4 力-位移曲線

三、結(jié)語

（1）最優(yōu)的短錨筋設(shè)計方案為“HPB300級直徑為6的短錨筋均勻布置在預(yù)制梁端鍵槽垂直截面部位”。預(yù)制梁端增設(shè)短錨筋的設(shè)計方案在承載力提高的同時將避免了預(yù)制梁這種橫截面小且有很多縱向鋼筋甩出的構(gòu)件進(jìn)行粗糙化處理，這將提高施工效率且在一定程度上提高了結(jié)構(gòu)的安全儲備。

（2）本文提出短錨筋設(shè)計方案僅在有限元數(shù)值模擬階段，將為進(jìn)一步試驗驗證打下了良好的基礎(chǔ)。