(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 西安 710000)

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點連接形式綜述寇馳

寇馳

(西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院陜西西安710000)

我國是個人口大國，我國正在實施城鎮(zhèn)化的建設(shè)，這就對住宅有很大的需求，同時還要保證住宅的質(zhì)量，提高住宅質(zhì)量、降低住宅成本、減少建設(shè)中對環(huán)境的污染、加快生產(chǎn)率，因此提出了把住宅建設(shè)進行產(chǎn)業(yè)化。在住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中，承力構(gòu)件的連接部位是裝配式結(jié)構(gòu)能否推廣的決定性因素，因此研究連接部位的抗震性能具有重大意義。本文對近年來國內(nèi)外裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點連接形式進行了小結(jié)。

裝配式；框架結(jié)構(gòu)；連接形式

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展以及人們對生活品質(zhì)提出更高的要求，因而對建筑產(chǎn)品將產(chǎn)生一種持續(xù)的需求，需要在一定時間內(nèi)獲得更多高品質(zhì)的建筑產(chǎn)品。面對這樣一種巨大的，持續(xù)的需求和即將開放的建筑市場，逐步實現(xiàn)建筑工業(yè)化是我國今后建筑業(yè)發(fā)展的趨勢所在。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件經(jīng)裝配、連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)，具有生產(chǎn)周期短、勞動強度低、綠色環(huán)保、成品質(zhì)量有保障、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點[1]。可以說，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在未來會有新的發(fā)展機遇[2]。對于裝配式框架結(jié)構(gòu)，框架節(jié)點將預(yù)制梁柱連接成一個整體，連接節(jié)點起荷載傳導(dǎo)和抗震耗能的作用。預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點是結(jié)構(gòu)整體抗震研究的基礎(chǔ)和裝配式結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重點[3]。梁柱節(jié)點的性能是影響整個框架結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵，尤其是對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)[4]。在住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中，承力構(gòu)件的連接部位是裝配式框架結(jié)構(gòu)能否推廣的決定性因素，因此研究連接部位合理的連接形式是重中之重。

一、外研究現(xiàn)狀

在美國、日本、歐洲等發(fā)達國家，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)均得到了廣泛的應(yīng)用。有些國家已經(jīng)將預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)視為新建建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。此外，國外許多高等院校、研究機構(gòu)對預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的整體抗震性能也進行了深入的研究。

2005年，Blandon等人完成了1/2縮尺的2層預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬分析和低周反復(fù)加試驗研究。同年Morgen對通過摩擦型阻尼器改善無粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力框架節(jié)點的抗震性能并進行了研究。2006年，Ertas等人分別對四種類型節(jié)點進行了低周反復(fù)加載試驗研究，包括現(xiàn)澆節(jié)點、螺栓連接節(jié)點、焊接節(jié)點和后澆整體節(jié)點。試驗結(jié)果表明：螺栓節(jié)點的耗能能力、位移延性及剛度和強度退化等抗震性能比較好.2008年，Sudhakar A等人對預(yù)制裝配式型鋼混凝土框架節(jié)點進行了低周反復(fù)加載試驗，對柱的軸壓比、連接板厚度、梁底鋼筋等關(guān)鍵參數(shù)進行了研究。研究結(jié)果表明：柱頂軸壓力對梁柱連接處的性能是有益的，當軸壓比為0.3時，梁柱節(jié)點的耗能能力和抗剪能力發(fā)揮最好；連接板厚度的增加可增強節(jié)點耗能能力；梁底鋼筋延續(xù)性越好對結(jié)構(gòu)越有利。2009年，Mustafa Kaya等人對不同預(yù)制連接方式在不同水平荷載作用下進行了三維非線性有限元模擬分析研究。結(jié)果表明：預(yù)制應(yīng)鋼筋連接方式的數(shù)值模型能夠真實模擬結(jié)構(gòu)的承載力，但是模型的初始剛度和層間位移角和真實結(jié)構(gòu)之間有1.5%的差異。2011年，Jianqiang Han等人無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)進行了低周反復(fù)加載試驗，研究了裂縫發(fā)展特點、破壞形態(tài)、滯回曲線和無粘結(jié)預(yù)制鋼筋的位移延性等抗震性能。結(jié)果表明：該體系具有良好的抗震性能。2013年，L.F.Maya等人針對高性能纖維混凝土預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)框架分兩個階段進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明：節(jié)點連接處的加強筋長度大于15d時，試件承載力可提高9%；節(jié)點核心區(qū)采用封閉箍筋可加強套箍作用，提高節(jié)點抗剪承載力。

二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀

與國外發(fā)展國家相比，我國預(yù)制裝配式混凝土技術(shù)的研究相對落后，在民用建筑業(yè)中的運用更是少之又少。但預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能和建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展優(yōu)勢，近年來國內(nèi)部分高等院校和研究機構(gòu)開始加大力度進行研究。

2006年，董挺峰、李振寶等人對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架節(jié)點及對其加入非預(yù)應(yīng)力筋的混合節(jié)點進行低周反復(fù)加載試驗，對其破壞形態(tài)、滯回曲線、位移延性、殘余變形等性能進行了研究。2007年，翁大根等人利用消能減震技術(shù)，加固多層裝配式混凝土框架，并進行了有限元模擬分析。研究結(jié)果表明：該消能減震裝置有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，大震下層間位移角減少4倍。2008年，李楠、張季超等人對新型連接方式的后澆整體式梁柱節(jié)點進行了試驗，對其破壞形態(tài)、滯回性能、骨架曲線等抗震性能進行了對比研究。2010年，王曉菡等人通過低周反復(fù)試驗研究了預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土節(jié)點破壞模式、滯回曲線等抗震性能。研究結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力裝配式砼節(jié)點耗能能力強，殘余變形小。2011年，邱劍輝，張季超，呂建根等人對預(yù)制裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明：該節(jié)點抗震性能良好，滿足“強柱弱梁”和“強剪弱彎”、“強節(jié)點、強錨固”性能要求。2012年，王煥、柳炳康等人對一單跨的3層預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力砼框架結(jié)構(gòu)進行了擬動力分析，研究了該結(jié)構(gòu)的變形能力和動力特性。結(jié)果表明：預(yù)壓裝配式結(jié)構(gòu)在地震動作用下具有良好的變形能力，滿足中震最大層間位移角要求。2013年，陳杰峰張、季超等人對預(yù)制裝配式整體式框架結(jié)構(gòu)住宅進行了歸納研究，提出整體結(jié)構(gòu)設(shè)計計算分析方法，并通過有限元軟件進行分析驗證。同年，李向民，高潤東等人設(shè)計一種新型裝配式砼框架延性節(jié)點，并進行了試驗研究。結(jié)果表明：裝配式延性節(jié)點承載力高于現(xiàn)澆節(jié)點，其正負向加載位移延性相比現(xiàn)澆節(jié)點均有所提高，達到延性設(shè)計要求。2014年，鄒昀、林暉、馬衛(wèi)強用有限元分析軟件ABAQUS對具有自復(fù)位功能的預(yù)制框架節(jié)點進行低周往復(fù)加載下非線性分析，對施加預(yù)應(yīng)力、張拉控制應(yīng)力大小、預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量以及普通鋼筋配筋率等因素進行了分析。分析結(jié)果表明預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量對自復(fù)位預(yù)制框架節(jié)點抗震性能影響大，張拉應(yīng)力在一定范圍內(nèi)有明顯影響，普通鋼筋的配筋率影響較小。2015年劉菲菲、于德湖、張紀剛提出了兩種節(jié)點形式即預(yù)制裝配式新型節(jié)點1/3處連接和跨中連接節(jié)點，通過有限元模擬軟件進行對比模擬，找出更合理的節(jié)點形式。結(jié)果表明預(yù)制裝配式混凝土跨中連接滯回曲線面積會略大一些，具有更好的耗能能力。2016年伏煥昌等人基于預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點施工困難，提出了新型預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)金屬消能減震連接體系，對消能減震連接體系和現(xiàn)澆框架進行了數(shù)值仿真分析。分析結(jié)果表明金屬消能減震連接體系的抗震性能略優(yōu)于現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)；該體系的抗震性能隨阻尼器總高度和翼緣板厚度的增加而提高；腹板厚度對結(jié)構(gòu)的抗震性能幾乎沒有影響；阻尼器不同材料強度對結(jié)構(gòu)抗震性能有一定的影響。

三、結(jié)語

就目前而言，國內(nèi)對預(yù)制裝配式框架體系的研究相對較少，仍有很大的研究空間。近些年來，通過大量的實驗研究，表明了通過優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)形式以及節(jié)點連接構(gòu)造，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)能夠得到令人滿意的抗震性能。在住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)中，承力構(gòu)件的連接部位是裝配式結(jié)構(gòu)能否推廣的決定性因素，因此研究連接部位的抗震性能具有重大意義。新的、性能更佳更具實用性的連接形式有待提出。

[1]黃小坤，田春雨.預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2010(9)：28-32

[2]汪莉莉.探尋新型裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展之路[J].中國建設(shè)信息化，2016(10):22-25.

[3]陳曉丹，孫麗.現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)化-裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接形式研究[A].第十二屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集，2015

[4]顏軍.裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點研究現(xiàn)狀與展望[J].混凝土與水泥制品，2016(1)：75-79.

寇馳(1990-)，男，漢族，陜西西安市人，研究生在讀，工學(xué)碩士，西安工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，研究方向結(jié)構(gòu)體系與優(yōu)化設(shè)計。