裝配式混凝土節點研究現狀

石 彩 華

(北京建筑大學，北京 100044)

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裝配式混凝土節點研究現狀

石 彩 華

(北京建筑大學，北京 100044)

簡述了預制裝配式結構體系的產生背景，論述了研究裝配式結構體系的意義，并分析了裝配式混凝土節點在國內外的研究現狀，指出預制裝配式結構體系具有節能環保的優勢，應用前景廣闊。

裝配式結構體系，梁柱節點，抗震性能，承載力

傳統的建筑生產過于分散，效率相對較低。近年來，隨著城市化進程的加快，社會各界紛紛實現流水線生產加工模式，建筑行業也逐漸轉向大產業化生產模式，提出了建筑工業化的概念，實現了設計生產標準化、施工機械化以及組織管理科學化。因此，建立鋼結構體系、裝配式結構體系等新的結構體系，從而使建筑行業可以實現工業化，是當前研究者們工作的重中之重。

1 研究意義

在我國，工程中仍然以鋼筋混凝土結構體系作為主要的建筑方式。其中，以濕作業為主的現澆結構體系存在著現場工作量大，高空作業和人工操作多以及浪費材料等現象。由此引起項目建設周期長，項目成本控制難，項目質量難以得到保證，因此該建筑體系不符合產業發展需求。而預制裝配式結構體系可以讓資源和能源達到節約的目的，在結構性能方面使材料的利用效率進一步提高，在場地方面使施工更具有適應性。進而減少建筑垃圾，減少對周圍環境的不良影響，提高建筑的功能性和結構性。

2 裝配式混凝土節點的研究現狀

2.1 國外裝配式混凝土節點的研究

1993年，學者Cheok在反復加載情況下對4個現澆混凝土節點和10個預制裝配式混凝土節點進行了試驗研究。其中，預應力拼接的預制裝配式混凝土節點在拼接處填充了纖維砂漿。而且預制裝配式混凝土節點對預應力筋的類型、預應力筋的布置、粘結和非粘結等參數進行了分析。試驗表明：當預應力筋屈服、梁端混凝土壓碎、梁柱拼接界面開裂時標志著預制裝配式混凝土節點破壞，其中預應力筋的類型、粘結或非粘結對界面開裂寬度影響不大，但預應力筋的布置對裂縫寬度影響較大。

2008年，學者呂西林,范力,趙斌在文中指出 Vasconez，Naaman等學者在反復加載情況下對9個鋼纖維混凝土梁柱節點、1個聚乙烯 醇纖維混凝土梁柱節點和3個普通混凝土梁柱節點進行了試驗研究。試驗結果表明：加入鋼纖維混凝土后甚至比加入聚乙烯醇纖維混凝土可以更有效地提高節點的性能，更重要的是，提高鋼筋與混凝土的粘結強度，從而提高節點延性，延遲節點失效的發生；與普通后澆節點相比，增加纖維可以使節點的抗剪強度增加了約30%，節點的耗能增加了約350%以及節點變形能力增加了約65%；與此同時，當節點中使用了含量為3%體積的纖維混凝土時，可以使節點區箍筋使用量下降50%，并使節點抗震性能變得更好。

2008年，學者呂西林,范力,趙斌在文中還指出澳大利亞Loo在反復加載情況下對6組1/2縮尺預制框架節點進行了試驗研究。這些節點是根據澳大利亞規范設計的，每組節點中包括一個帶牛腿的預制節點，一個不帶牛腿的預制節點以及一個現澆節點。所有試件采用相同的尺寸，并對混凝土的強度、鋼筋強度以及鋼筋配筋率做了參數分析。試驗結果表明：帶牛腿的預制節點與現澆節點相比，節點的強度、延性和耗能都比較好；而與不帶牛腿的預制節點相比，節點的延性和耗能能力明顯較差。

2013年，學者孫巖波在文中指出Nakaki設計了一種連接器來連接預制混凝土梁柱節點使其提高抗震性能。使用時，先在預埋柱中提前預埋合金的延性連接桿，預制梁與合金連接桿通過螺栓將其連接成一體。當地震發生時，合金連桿通過自身的塑性變形來消耗地震能量，從而避免了其他構件的破壞。由于合金連桿屈服點低、延性好以及耗能高的特性，使得梁柱節點的抗震性能得以改善。

2014年，學者楊卉在文中指出新西蘭的Restrepo曾在反復荷載情況下對6個預制混凝土框架節點進行了試驗研究。預制混凝土框架節點設計在新西蘭高烈度區，這些預制混凝土框架節點在預制端伸出直鋼筋或帶鉤形鋼筋在搭接處進行錨固，這是新西蘭高烈度地區常用的設計手段。測試結果表明：6個節點對框架結構在地震作用下的影響不是很大；雖然后澆混凝土骨料中出現泌水和沉降現象，使得混凝土的質量有所下降，但是并沒有影響到6個構件的強度、延性以及耗能，反而這6個構件的層間位移都超過了2.4%，位移延性系數超過了6。從這個結果來看，6個構件的抗震性能都比現澆節點好。

2.2 國內裝配式混凝土節點的研究

1995年，章文綱，程鐵生，遲維勝，邵式亮等學者對足尺的10個齒槽式的裝配式節點進行了試驗研究。試驗結果發現：在加工裝配式混凝土節點時，在混凝土中添加鋼纖維混凝土可以使裝配式節點的承載力明顯提高，節點處出現的裂縫寬度減小，結構的整體剛度也有所增強。并給出了齒槽式裝配式混凝土節點在實際運用中的使用范圍及該種節點的設計方法。

2001年前后，天津大學楊建江等學者在低周反復荷載作用下對4個鋼混凝土梁柱組合框架中節點進行了抗震性能試驗研究。試驗結果發現：1)在梁柱節點中使用型鋼和混凝土兩種不同材料時，可以使梁柱節點的承載力和延性有明顯的提高，擁有更好的抗震性能。2)在節點區采用貫穿箍筋的型鋼混凝土節點比采用焊接式節點的承載力有明顯提高。

2008年，呂西林等學者對裝配式混凝土框架結構行了擬動力試驗研究，其中，裝配式混凝土框架節點為螺栓連接形式的梁柱節點和焊接連接形式的梁柱節點。主要對結構的破壞形式進行了考查，對結構的失效模式、強度、剛度、變形能力、耗能能力、滯回等抗震性能做了主要研究。試驗結果表明：采用螺栓連接形式的裝配式混凝土框架梁柱節點的抗震性能較好，當結構的層間位移角超過1/25時，框架結構還擁有承載力，滯回曲線較飽滿，抗倒塌能力和耗能能力較好，梁柱節點采用橡膠墊螺栓連接的裝配式結構具有良好的試驗狀態，但焊接連接方式的梁柱節點在試驗中嚴重損壞；這種結構的抗震薄弱處主要發生在樓板和梁焊接處；結構最終發生柱底彎曲破壞。

2009年，李楠，張季超，楚先鋒，劉波等學者在低周反復荷載作用下對對焊連接的裝配式混凝土梁柱節點進行了足尺對比試驗研究。其中對焊連接處為梁底的縱向鋼筋，焊接點位于柱中和柱邊。本次主要研究梁柱節點的開裂破壞特性、滯回性能、骨架特性、延性、耗能等抗震性能。試驗結果表明，采用對接焊連接的裝配式混凝土梁柱節點最終梁端發生彎曲破壞，在整個受力的過程中節點表現出良好的耗能性能和延性能力。

2011年，陳適才，閆維明，王文明，高杰等學者在低周反復荷載作用下對使用螺栓錨固連接方法的裝配式混凝土梁柱邊節點進行了足尺試驗研究。其中，梁內主筋與傳統主筋在核心區彎曲成90°進行錨固有所不同，它是在鋼筋的端部軋制螺栓，再將其進行錨固連接。節點試驗結果表明：裝配式混凝土梁柱邊節點與現澆混凝土邊節點具有相同或相似的抗震性能。

2012年，北京工業大學陳適才，閆維明，李振寶等學者在低周反復荷載作用下對采用不同連接方式的預制裝配式梁—柱—疊合板混凝土節點進行了足尺試驗研究，主要對裝配式混凝土高層建筑結構的抗震性能進行研究。試驗結果表明：對整體結構的抗震性能影響較大的因素為疊合板與預制梁和預制柱縱向鋼筋的連接方式；梁縱向鋼筋采用錨固連接方式的中節點在試驗過程中縱向鋼筋存在滑移現象；而梁縱向鋼筋采用貫穿連接方式的中節點在試驗過程中，其耗能性能與綜合抗震能力跟現澆中節點表現相當。

2014年，學者楊卉在低周反復加載情況下對4個框架節點進行了足尺試驗研究，分別為普通的現澆混凝土中節點、裝配式混凝土梁柱中節點、普通現澆混凝土節點及裝配式混凝土梁柱邊節點。試驗結果表明：裝配式混凝土梁柱節點在試驗中與現澆混凝土節點表現出相近的破壞特性，而且這4個節點均發生了梁端彎曲破壞，具有較好的延性性能和抗震能力。

3 結語

通過查閱了大量的國內外文獻，大致了解國內外關于梁柱節點的相關做法。受這些文獻和規程的啟發，提出了一種新的裝配式梁柱節點連接方式，梁柱通過型鋼連接，這種連接方式便于安裝。接下來將裝配式節點和現澆節點通過試驗和軟件模擬來進行對比，看其力學性能方面有哪些異同，并研究鋼板對整個節點力學性能的影響，提出相應的設計方法。

[1] Cheok,Geraldine S,Lew H S.Model Precast Concrete Beam-Column Connections Subject to Cyclic Loading[J].PCI Journal，1993(4)：80-92.

[2] 呂西林,范 力,趙 斌.裝配式預制混凝土框架結構縮尺模型擬動力試驗研究[J].建筑結構學報,2008(4):58-65.

[3] 孫巖波.裝配式型鋼混凝土框架節點抗震性能試驗研究[D].北京:北京建筑大學,2013.

[4] 楊 卉.裝配式混凝土框架節點抗震性能試驗研究[D].北京：北方工業大學,2014.

[5] 章文綱,程鐵生,遲維勝,等.裝配式框架鋼纖維混凝土齒槽節點[J].建筑結構學報,1995,16(3):52-58.

[6] 楊建江,郝志軍.鋼梁—鋼筋混凝土柱節點在低周反復荷載作用下受力性能的試驗研究[J].建筑結構,2001(7):35-38，42.

[7] 李 楠，張季超，楚先鋒，等.預制混凝土結構后澆整體式梁柱節點抗震性能試驗研究[J].工程力學，2009(6)：41-44.

[8] 陳適才,閆維明,王文明,等.大型預制混凝土結構梁—柱—疊合板邊節點抗震性能研究[J].建筑結構學報,2011(6):60-67.

[9] 陳適才,閆維明,李振寶,等.大型預制混凝土梁柱疊合板中節點整體抗震性能試驗研究[J].工程力學,2012(2):135-141.

Research on assembly concrete joints

Shi Caihua

(BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)

The paper indicates the formation background of the prefabricated assembly structure system, indicates its significance, analyzes the research on the assembly concrete joint at home and abroad, and points out the system has the advantages for the energy-saving and environmental protection, so it has broader application in future.

assembly structural system, beam-column joint, seismic performance, loading capacity

1009-6825(2016)31-0047-03

2016-08-27

石彩華(1989- )，女，在讀碩士

TU528

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