純干裝配式混凝土節點性能研究綜述

程東輝 田曄環 許鵬程

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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純干裝配式混凝土節點性能研究綜述

程東輝 田曄環 許鵬程

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

闡述了純干裝配式混凝土結構的優點，并從預壓裝配式節點、混合裝配式節點、后澆整體式節點以及新型節點等方面，分析了純干裝配式混凝土結構節點形式的優缺點，指出優化節點形式是今后預制裝配式混凝土結構的發展方向。

混凝土結構，純干法，裝配式，節點形式

0 引言

2003年10月，“混凝土具有未來——在21世紀用混凝土預制構件進行建設”這一觀點首次在第三屆國際混凝土工廠大會中提出，并受到廣泛關注。2000年3月，我國建筑混凝土預制構件可持續發展戰略研討會中同樣指出“混凝土預制行業必將承擔中國混凝土施工現代化的重任”[1]。由此可知，21世紀以來，建筑工業化發展將成為當前世界建筑技術發展趨勢之一。

混凝土結構就其施工建造方式而言，可分為現澆混凝土結構和預制混凝土結構，而這兩類混凝土結構的根本區別在于梁、板、柱等預制構件的節點連接形式。對于預制裝配式混凝土結構，其受力薄弱環節在于節點，節點不同導致了整體結構性能的差異，影響預制裝配式混凝土結構的發展。因此，深入研究預制混凝土結構的連接方式對建筑工業化的發展有著重要意義。

預制混凝土結構施工方法具有提高機械化水平、降低勞動強度、加快施工進度、無現場濕作業、減少建筑垃圾和施工噪聲對環境的不良影響，有效節約資源和能源等優點，有利于環境保護[2]。

1 純干裝配式混凝土結構的優點

純干法裝配式混凝土結構的優點，相較于現澆式而言，如下：

1)產品質量好。構件在工廠預制，產品在強度、防水性、耐久性、密實度等方面均比施工現場現澆的混凝土構件質量有保障，同時工廠預制的混凝土構件造型豐富，尺寸、形狀多種多樣，更能滿足建筑曲面多樣性的要求。

2)生產效率高。裝配式混凝土構件大多在工廠預制完成，再運到現場吊裝、就位后裝配成整體。不論是工廠預制或施工現場裝配，多采用機械化、自動化的方式，而且現場混凝土濕作業少，大大減小了工人的勞動強度和現場混凝土的養護時間，施工周期縮短，對周圍生活工作影響減小。

3)對環境影響小。構件在工廠預制時，可以嚴格控制廢水排放和噪聲污染，現場安裝時不需要或只需要很少的濕作業，縮短了工期，對改善施工現場環境有利。周圍自然環境污染減少，施工擾民現象得到改善。

2 純干裝配式混凝土的節點形式

2.1 預壓裝配式節點

合肥工業大學柳炳康等人[3-8]進行了預壓裝配式混凝土框架節點的一系列研究。梁柱均在工廠預制，為了方便裝配及考慮受力形式，預制柱設置暗牛腿。梁柱預制時在相應部位預留預應力筋孔道，待框架安裝就位將預應力筋穿過孔道，在缺口梁和暗牛腿處用環氧樹脂砂漿拼接，并進行預應力筋張拉，達到設計強度完成預壓作用，后進行孔道灌漿，形成框架整體。具體做法如圖1所示。

研究結果表明：塑性鉸首先出現在預壓裝配式預應力混凝土框架梁端，符合“強柱弱梁”的抗震要求。框架梁在反復的加載卸載過程中表現出了較強的變形恢復能力，殘余變形也很小；滯回曲線豐滿，耗能能力較好；梁端截面轉動能力良好，適當進行彎矩調幅；裝配式節點由于雙向壓力的存在，具有較大的剛度，同時對柱子的變形起到了限制作用，從而使其抗側剛度得到提高；預應力筋的預壓作用存在，使得結構變形恢復能力增加，震后修復能力得到提高。

由于梁端截面是由牛腿和缺口梁組成的組合截面，暗牛腿和缺口梁處配筋復雜，且僅依賴預應力筋承受彎矩，所以梁端截面破壞嚴重，優化梁端設計是今后研究的重點。

2.2 混合裝配式節點

美國華盛頓大學的John Stanton等[9]、北京工業大學李振寶等[10]對混合裝配節點進行了試驗研究，具體形式見圖2。梁柱均在工廠預制，在梁柱截面形心處預埋PVC管，后穿無粘結預應力筋，在梁上下邊緣預埋波紋管，后穿非預應力鋼筋。為限制壓區混凝土變形，梁端設置螺栓箍筋。在梁柱節點處用水泥砂漿拼接，并向非預應力筋預留孔道灌漿，當水泥砂漿達到設計要求時張拉預應力筋，形成框架整體。

研究表明：混合裝配節點作為直接裝配節點的進化，后穿的普通鋼筋在荷載作用下起到了重要的作用，通過自身的拉壓屈服變形，來耗散能量，承擔一部分荷載作用；無粘結預應力筋起到一定的預壓作用，對框架梁、柱施加擠壓力，提高框架節點的抗剪能力，承擔框架結構的彎矩，提高結構的受彎承載力，提供彈性恢復力，抵抗水平荷載作用下的變形，使殘余變形減小。混合裝配節點耗能能力較低，但恢復能力強，殘余變形和損傷、強度損失也較小，震后修復方便。

2.3 后澆整體式節點

我國制定的《預制裝配整體式鋼筋混凝土結構技術規范》中，給出了后澆整體式預制混凝土結構的連接方式，包括混凝土疊合板、混凝土疊合梁與預制混凝土樓梯連接。其中縱向鋼筋連接包括焊接、機械連接、套筒連接等。

2.4 新型節點

隨著預制裝配式混凝土研究的逐漸深入，越來越多的新型節點連接形式被提出。

同濟大學范力等[11]以預制裝配式梁柱節點為研究對象，節點采用橡膠墊螺栓連接，通過后澆整體式節點與現澆節點對比，可知：橡膠墊螺栓連接的節點轉動剛度小，彈性變形能力大，強度、延性和變形能力與其他兩種節點相當，但剛度衰減較早且較快，耗能稍差。

廣州大學吳從曉等[12]提出了一種新型預制裝配式混凝土結構體系，其組成為預制裝配式混凝土框架和扇形鉛粘彈性阻尼器的組合，并進行了試驗研究，結果表明：通過扇形鉛粘彈性阻尼器的往復剪切變形參與節點的滯回耗能，該節點滯回曲線飽滿，具有良好的耗能能力；明顯提高了位移延性和節點承載力；扇形鉛粘彈性阻尼器的存在，增強預制裝配式梁柱節點的抗側力和抗側剛度，改變節點受力模式，使塑性鉸區從梁端后澆區外移至預制梁與阻尼器連接外側，實現了“強剪弱彎，強節點弱構件”的要求。

3 結語

根據以上幾種預制裝配式混凝土結構的節點連接方式，可以得到以下結論：

1)預壓裝配式節點的框架滿足“強柱弱梁”的要求，耗能能力、變形恢復能力良好，可適當進行框架彎矩調幅。預壓作用的存在有利于震后恢復。

2)無粘結預應力裝配混凝土混合節點框架結構與普通鋼筋混凝土現澆框架結構相比，在強度、剛度、延性等方面均相當，且混合節點框架有較強的變形恢復能力，震后殘余變形小，抗剪性能優于普通混凝土框架。

3)現有節點的連接方式與現澆整體式混凝土結構相比均互有利弊，研發新的節點形式依然是今后純干裝配式混凝土結構的發展方向。

[1] 吳曉泉,聞德榮.我國混凝土行業空前發展的一年2003年技術經濟指標簡要分析[J].混凝土,2004(7):7-11.

[2] Bachmann H,Steinle A.Precast Concrete Structures[M].Berlin:Wiley-VCH,2011:3-5.

[3] 柳炳康,宋滿榮,黃慎江,等.三層預壓裝配式預應力混凝土框架抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報,2011(9):99-106.

[4] 柳炳康,黃慎江,宋滿榮,等.預壓裝配式預應力混凝土框架抗震性能試驗研究[J].土木工程學報,2011(11):1-8.

[5] 柳炳康,田井鋒,張瑜中,等.低周反復荷載下預壓裝配式PC框架延性性能和耗能能力[J].建筑結構學報,2007(3):74-81.

[6] 柳炳康,張瑜中,晉哲鋒,等.預壓裝配式預應力混凝土框架接合部抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報,2005(2):60-65，116.

[7] 柳炳康,黃慎江,宋滿榮,等.預制預應力混凝土裝配整體式框架擬動力試驗研究[J].地震工程與工程振動,2010(5):65-71.

[8] 楊曉波,柳炳康,黃慎江,等.二層二跨預壓裝配式混凝土框架節點的抗震性能研究[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2010(12):1830-1834.

[9] Staton John,William C Stone,Geraldine S Cheok.A Hybird Reinforced Precast Frame for Seismic Regions[J].PCI Journal,1997(2):20-32.

[10] 李振寶,董挺峰,閆維明,等.混合連接裝配式框架內節點抗震性能研究[J].北京工業大學學報,2006(10):895-900.

[11] 范 力.裝配式預制混凝土框架結構抗震性能研究[D].上海：同濟大學,2007.

[12] 吳從曉,賴偉山,周 云,等.新型預制裝配式消能減震混凝土框架節點抗震性能試驗研究[J].土木工程學報,2015(9):23-30.

Overview on pure dry assembly-style concrete joint performance

Cheng Donghui Tian Yehuan Xu Pengcheng

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The article introduces merits of pure dry assembly-style concrete structure, and analyzes advantages and disadvantages of pure dry assembly-style concrete joint form from aspects of preloading assembly-style joint, composite assembly-style joint, post integral joint and new joint, and finally points out that:optimizing joint form will be the development trend of pre-loading assembly-style concrete structure in future.

concrete structure, pure dry method, assembly style, joint form

1009-6825(2016)24-0035-02

2016-06-17

程東輝(1971- )，男，教授； 田曄環(1991- )，女，在讀碩士； 許鵬程(1994- )，男，在讀本科生

TU375

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