預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能研究

李紅亮 高貴軍

1. 山東魯碧綠色建筑科技有限公司 山東 濟(jì)南 271100；2. 山東魯碧建材有限公司 山東 濟(jì)南 271100

1 混凝土裝配式建筑技術(shù)特點(diǎn)

1.1 具備節(jié)能環(huán)保特性

在開(kāi)展各項(xiàng)建設(shè)過(guò)程中，會(huì)消耗大量的施工資源。如應(yīng)用水泥材料和鋼材過(guò)程中，由于技術(shù)不成熟，我國(guó)在實(shí)際材料消耗過(guò)程中與西方國(guó)家相比高出近20%，換作應(yīng)用比例可以發(fā)現(xiàn)，每攪拌1m3的混凝土，將多消耗80kg的水泥；而應(yīng)用混凝土裝配式建筑住宅，能以更加優(yōu)質(zhì)化的創(chuàng)新技術(shù)體系，降低建筑能源的消耗量。依照具體的調(diào)查分析可以發(fā)現(xiàn)，在混凝土裝配式建筑實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，與同等規(guī)模的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建筑進(jìn)行綜合比較，其能夠使得大鋼模的實(shí)際用量降低20%以上，木材的用量降低40%以上，鋼架料的實(shí)際用量則可以降低10%以上[1]。

1.2 施工周期相對(duì)較短

混凝土裝配式住宅技術(shù)的應(yīng)用，能使建筑在現(xiàn)場(chǎng)與裝配件的工廠車(chē)間同步進(jìn)行，在裝配間內(nèi)以流水線的方式對(duì)各類(lèi)預(yù)構(gòu)件進(jìn)行制作，并通過(guò)各類(lèi)運(yùn)輸方式運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，在保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量的前提下，縮短建筑物的實(shí)際工期。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，能在一定程度上簡(jiǎn)化預(yù)埋件埋設(shè)的工序，同時(shí)，降低墻體開(kāi)鑿以及混凝土現(xiàn)澆的技術(shù)難度。

2 裝配式隔震結(jié)構(gòu)抗震功能研討的含義

地震是一種損害極大的自然災(zāi)禍。建筑物在地震災(zāi)禍中簡(jiǎn)單受損，地震對(duì)高層建筑的影響更為嚴(yán)峻。裝配式隔震結(jié)構(gòu)中的隔震接頭是保證隔震功能的重要因素，對(duì)其進(jìn)行研討具有重要含義[2]。

2.1 減少經(jīng)濟(jì)損失

從唐山和汶川的地震中能夠發(fā)現(xiàn)，地震將形成很多的建筑損壞，形成非常嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)損失，影響我國(guó)的全體開(kāi)展質(zhì)量。對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的研討能夠進(jìn)步建筑物的抗震才能，從而減少地震對(duì)建筑物的影響，減少地震形成的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 保證居民的生命及財(cái)產(chǎn)安全

一旦發(fā)生地震，無(wú)法及時(shí)疏散高層建筑內(nèi)的人員，這將使更嚴(yán)峻的地震中造成更多的人員傷亡。對(duì)高層抗震結(jié)構(gòu)的研討能夠進(jìn)步建筑物的抗震才能，降低地震災(zāi)禍中的人員傷亡概率。

3 抗震功能試驗(yàn)辦法

為了研討結(jié)構(gòu)在地震效果下的抗震功能和機(jī)理的復(fù)雜性，不單要用理論剖析來(lái)研討結(jié)構(gòu)在地震效果下的損壞機(jī)理，還要經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)剖析。研討結(jié)構(gòu)抗震功能的試驗(yàn)辦法主要有擬靜力試驗(yàn)法、擬動(dòng)力試驗(yàn)法和地震模仿振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)法。

準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)辦法是對(duì)試件進(jìn)行必定的荷載操控或位移操控重復(fù)加載，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件取得非彈性荷載變形特性的辦法。準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)辦法的特點(diǎn)是加載速度慢，試驗(yàn)進(jìn)程中試樣不產(chǎn)生慣性力，加載速率的影響能夠忽略；因?yàn)榧虞d程序在試驗(yàn)前已完全確認(rèn)，因而試驗(yàn)的可控性杰出。常用的準(zhǔn)靜態(tài)辦法是低周重復(fù)加載試驗(yàn)，這也是研討結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)和變形功能最常用的辦法。擬動(dòng)力試驗(yàn)法是一種在線試驗(yàn)辦法。該辦法經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)操控和模仿整個(gè)地震的加載進(jìn)程，根據(jù)動(dòng)力響應(yīng)的要求，連續(xù)施加荷載和位移。與擬靜力試驗(yàn)相比，擬動(dòng)力試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以真實(shí)反映試件在整個(gè)加載過(guò)程中的恢復(fù)特性。地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法可以再現(xiàn)各種方法的地震波，以便分析試驗(yàn)的多波輸入。它可以模擬多次地震的初震、主震和余震的全過(guò)程，從而研究實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和抗震性能。受振動(dòng)臺(tái)尺寸和承載力的影響，試件尺寸越小，影響越大，模擬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的真實(shí)結(jié)構(gòu)就越困難。

4 預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)類(lèi)型研討

4.1 預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)

在預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)中，水平節(jié)點(diǎn)傳遞豎向荷載，豎向荷載受水平剪力的影響。添加豎向配筋能夠改進(jìn)其抗剪功能。豎向節(jié)理影響結(jié)構(gòu)在地震荷載效果下的變形才能[3]。

目前廣泛采用的是一種新式的預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，即預(yù)制混凝土剪力墻與豎向預(yù)留金屬波紋管銜接，梁板疊合現(xiàn)澆。經(jīng)過(guò)對(duì)預(yù)制剪力墻中間層邊縫抗震功能的試驗(yàn)研討和ANSYS有限元剖析，與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相比，這種銜接辦法具有相當(dāng)大的抗震才能和位移延性，并以為銜接鋼筋應(yīng)為HRB400熱軋鋼筋，延伸至墻內(nèi)750mm，延伸至梁內(nèi)1250mm，以保證接頭的承載力。

插入式預(yù)留孔灌漿加固搭接接頭的錨固才能。研討表明，損壞辦法為外筋到達(dá)屈從強(qiáng)度，無(wú)反常錨固損壞；內(nèi)螺旋加勁肋和箍筋能夠改進(jìn)混凝土對(duì)錨固區(qū)的束縛效果，進(jìn)步錨固才能。計(jì)算裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)豎向齒槽節(jié)點(diǎn)的受剪機(jī)理和抗剪承載力，提出豎向節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力主要由節(jié)點(diǎn)混凝土與齒槽和橫向鋼筋之間形成的斜壓桿的應(yīng)力沖突承擔(dān)。因而，在滿(mǎn)意現(xiàn)行要求的條件下，進(jìn)步橫向鋼筋與周?chē)炷恋酿そY(jié)才能是進(jìn)步預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)抗震功能的一個(gè)好策略。

4.2 預(yù)制結(jié)構(gòu)

預(yù)制結(jié)構(gòu)主要包含現(xiàn)澆全體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、后澆全體預(yù)制結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和預(yù)制預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。與預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)相比，它具有更靈活的節(jié)點(diǎn)辦法，適合我國(guó)建筑工業(yè)化。

對(duì)一個(gè)后澆全體梁柱組件、一個(gè)現(xiàn)澆全體梁柱組件和兩個(gè)高強(qiáng)預(yù)制混凝土梁柱組件進(jìn)行低周重復(fù)加載，并且在柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)埋螺栓，經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)支撐、底板以及螺栓實(shí)現(xiàn)端板和柱的半剛性銜接。試驗(yàn)成果表明，現(xiàn)澆全體結(jié)構(gòu)和后澆全體結(jié)構(gòu)具有相似的抗震才能，但半剛性節(jié)點(diǎn)銜接的抗震功能較差。這是因?yàn)?，雖然半剛性節(jié)點(diǎn)能夠承受一定程度上的彎矩、轉(zhuǎn)動(dòng)。在未來(lái)的建設(shè)中，在半剛性節(jié)點(diǎn)中合理的安裝減震器是一個(gè)并未解決的問(wèn)題。

低周重復(fù)荷載下的開(kāi)裂損壞進(jìn)程與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相似。該接頭的銜接辦法為套筒灌漿銜接?，F(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的剛度比安裝節(jié)點(diǎn)大，但退化進(jìn)程更快，說(shuō)明安裝節(jié)點(diǎn)具有更好的抗震功能，而現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)具有更好的全體功能。梁柱組合板邊際節(jié)點(diǎn)全體性差的原因是節(jié)點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)，影響了混凝土剪力鍵和/或鋼剪力鍵的功能。主張?jiān)诤鬂卜轿谎由炝旱卒摻畹腻^固長(zhǎng)度，以進(jìn)步結(jié)構(gòu)的全體性。

5 預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)銜接節(jié)點(diǎn)研討

5.1 節(jié)點(diǎn)銜接辦法

在實(shí)踐運(yùn)用進(jìn)程中，梁柱節(jié)點(diǎn)會(huì)受到上、下以及水平等多個(gè)方向的力的干擾。高層裝配式的隔震結(jié)構(gòu)隔震功能受力承載力的影響很大，因而對(duì)其進(jìn)行研討十分必要。目前，在國(guó)內(nèi)目前高層裝配式隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常常采用兩種梁柱節(jié)點(diǎn)方案。①在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)程中，需求在混凝土澆筑前預(yù)先設(shè)置上下柱。②將上下預(yù)制柱全體預(yù)制成一根預(yù)制柱，并在接縫處澆筑混凝土。

5.2 資料機(jī)械功能檢驗(yàn)

同一種混凝土資料在高層建筑梁柱節(jié)點(diǎn)中的運(yùn)用辦法不同，其運(yùn)用質(zhì)量也不同。以第二種梁柱節(jié)點(diǎn)銜接辦法為例，對(duì)其在現(xiàn)澆和預(yù)制房屋中的承載力進(jìn)行了判別。根據(jù)相關(guān)檢測(cè)要求，主要檢測(cè)實(shí)踐運(yùn)用進(jìn)程中混凝土的抗壓強(qiáng)度、軸壓強(qiáng)度和彈性模量。

本試驗(yàn)選用的混凝土資料為強(qiáng)度等級(jí)為C60和C30的混凝土。結(jié)構(gòu)柱澆筑采用強(qiáng)度等級(jí)C60的混凝土，梁主要采用強(qiáng)度等級(jí)C30的混凝土。

在高層裝配式隔震結(jié)構(gòu)抗震功能試驗(yàn)進(jìn)程中，除了對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行混凝土功能試驗(yàn)和剖析外，還需求對(duì)鋼筋功能進(jìn)行試驗(yàn)和剖析。鋼筋查看選用的鋼筋直徑分別為10、12、14和16mm。

5.3 試驗(yàn)資料的預(yù)備

測(cè)驗(yàn)資料的質(zhì)量在很大程度上對(duì)其準(zhǔn)確性造成了很多大的影響。為了確保研討數(shù)據(jù)的代表性，有必要嚴(yán)厲預(yù)備試驗(yàn)資料。應(yīng)預(yù)備兩種試驗(yàn)資料：預(yù)制梁柱接頭和現(xiàn)澆接頭。如上所述，為制備試驗(yàn)資料而挑選的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30和C60。預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆梁柱節(jié)點(diǎn)規(guī)格相同，上主節(jié)400mm×400mm，下主節(jié)750mm×750mm，梁節(jié)325mm×200mm。

5.4 試驗(yàn)加載設(shè)計(jì)

在地震荷載效果下，節(jié)點(diǎn)的抗震才能和康復(fù)程度的測(cè)驗(yàn)主要是測(cè)驗(yàn)梁基礎(chǔ)在地震荷載效果下的抗震才能。

加載辦法的合理性在必定程度上決定了加載試驗(yàn)成果的準(zhǔn)確性。載荷試驗(yàn)常用兩種辦法；柱端荷載和梁端荷載。本文研討了兩頭重復(fù)加載的挑選。在實(shí)踐運(yùn)用中，該辦法運(yùn)用設(shè)備固定柱，并對(duì)梁的兩頭加壓。試驗(yàn)前，相關(guān)技能人員需求查看和剖析設(shè)備的運(yùn)用情況，以保證試驗(yàn)期間設(shè)備的正常運(yùn)行。

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)在節(jié)點(diǎn)兩頭添加5kn筆直荷載，并進(jìn)行一個(gè)循環(huán)，以測(cè)驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)期間，應(yīng)向柱端施加2000kN的筆直荷載。在保證試驗(yàn)穩(wěn)定性后，應(yīng)在梁的另一端同步施加對(duì)稱(chēng)荷載，并運(yùn)用相同荷載進(jìn)行分級(jí)加載，并記載數(shù)據(jù)。該辦法在理論上能夠取得更準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但在實(shí)踐運(yùn)用進(jìn)程中，因?yàn)榱航孛媾浣畈粚?duì)稱(chēng)，很難同時(shí)計(jì)算節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的屈從荷載，這對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有必定的影響。因而，在檢測(cè)進(jìn)程中有必要采取一些辦法來(lái)判別屈從點(diǎn)，以幫助檢測(cè)人員取得更準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)進(jìn)程中，試驗(yàn)機(jī)能夠經(jīng)過(guò)觀察載荷-變形曲線，找出曲線中顯著的拐點(diǎn)，從而判別其屈從點(diǎn)。查看員能夠經(jīng)過(guò)檢測(cè)受力鋼筋的應(yīng)變來(lái)確認(rèn)屈從點(diǎn)。如果查看員發(fā)現(xiàn)操控截面上的大多數(shù)受力鋼筋已到達(dá)屈從應(yīng)變，則證明其已到達(dá)屈從點(diǎn)。

5.5 測(cè)驗(yàn)成果

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)和裝配式節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)外壓添加到35KN時(shí)，現(xiàn)澆試件會(huì)產(chǎn)生傾斜的細(xì)小裂紋，后期裂紋會(huì)不規(guī)則地開(kāi)展。當(dāng)外壓力添加到40kN時(shí)，即接近接頭兩頭時(shí)，底部會(huì)呈現(xiàn)筆直裂紋，裂紋會(huì)隨著強(qiáng)度的添加而擴(kuò)展。當(dāng)預(yù)制節(jié)點(diǎn)施加的壓力到達(dá)55kn時(shí)，梁柱界面底部呈現(xiàn)筆直裂縫。隨著應(yīng)力的添加，裂紋迅速開(kāi)展。

6 質(zhì)量控制要點(diǎn)

6.1 施工測(cè)量的精度要求

①建筑物測(cè)量控制點(diǎn)閉合誤差：高程閉合誤差＜1mm，距離閉合誤差＜2mm，角度閉合誤差＜20°。②測(cè)量控制線要求：建議在建筑物邊緣周?chē)O(shè)置一個(gè)軸線為1m的定位點(diǎn)，以便于后期軸線放樣和各層之間外墻垂直面的精度。當(dāng)建筑物高度超過(guò)50m時(shí)，應(yīng)將建筑物外四根立柱的1m軸線控制點(diǎn)投影到樓層樓板或陽(yáng)臺(tái)上50m高度附近，作為新的控制點(diǎn)。③放線精度誤差不大于控制點(diǎn)精度的1.5倍。④各部件組裝完成后，精度必須控制在10mm以?xún)?nèi)。⑤樓板中部與兩端高差＜5mm，板間接縫寬度偏差＜3mm。

6.2 吊裝質(zhì)量保證措施

①下部結(jié)構(gòu)開(kāi)工前，應(yīng)布置上部結(jié)構(gòu)開(kāi)工所需的中心線限位點(diǎn)，設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)形成一條閉合線，以便組合和校準(zhǔn)。②底板觀測(cè)孔放樣時(shí)，在布置好底板中心線的極限點(diǎn)后，用鋼錘將底板中心線的絕對(duì)標(biāo)高引至頂層工作面，以正確預(yù)留觀測(cè)孔位置，保證工程質(zhì)量。③鋼尺在使用過(guò)程中，應(yīng)糾正鋼尺標(biāo)識(shí)和測(cè)溫的誤差，消除對(duì)中、傾斜、張力不均、對(duì)中、讀數(shù)等誤差。④各層中心線之間和各層之間的垂直偏差為±2mm。測(cè)量值由計(jì)算器和審核人員列出并簽字。在儀器運(yùn)行過(guò)程中，控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于測(cè)量站和反向定向，以防止因站轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的累積誤差。定點(diǎn)測(cè)量應(yīng)防止縱向角度＞45°。使用前檢查易移位的極限點(diǎn)。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)檢查控制點(diǎn)，以防止季節(jié)變化造成的誤差。在工程運(yùn)行中，加強(qiáng)對(duì)樓層標(biāo)高、中心線和凈空面積的測(cè)量、復(fù)核和驗(yàn)證。

7 結(jié)束語(yǔ)

與現(xiàn)澆混凝土的結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制混凝土的結(jié)構(gòu)具有工期短、模塊化施工、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)綠色發(fā)展的理念。我國(guó)尚未建立一套完整的預(yù)制構(gòu)件規(guī)范，施工環(huán)境復(fù)雜，不利于預(yù)制構(gòu)件建筑的發(fā)展。目前，濕連接還存在一些問(wèn)題，這不是一個(gè)真正的預(yù)制建筑。預(yù)應(yīng)力干式連接具有特別牢固、穩(wěn)定的連接方式，所以干式連接節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)抗震性是未來(lái)發(fā)展的重要手段。