高層鋼筋混凝土結構中預制拼裝柱的抗震性能研究

殷駿

身份證號碼：321102199002181517 江蘇 南京 210000

前言

目前我國的住宅建筑仍以混凝土結構為主，主要采用傳統的現場施工方式，工業化程度低、設計建造粗放、建筑材料損耗及建筑垃圾量大、建筑質量不穩定，與國家的節能、環保政策不匹配。住宅產業化成為將來民用建筑產業的一個大趨勢，其優點是顯而易見的，如較高的生產效率、較好的產品質量、較低的工人勞動強度、較高的綜合經濟效益以及利于環境保護等?，F階段國內應用的鋼筋混凝土預制結構多用多層或小高層預制框架建筑，在高層、超高層建筑中應用仍較少。因此，有必要開展鋼筋混凝土預制裝配式高層建筑的抗震性能研究。鋼筋混凝土高層建筑中底層框架柱構件的截面尺寸較大、軸壓比較大，混凝土強度較高，結合這些特點，本文選取套筒灌漿的節點連接方式，設計預制柱抗震性能試驗研究、數值模擬，對比分析數值模擬與試驗研究結果，并進行預制柱的抗震性能影響參數擴展分析，為預制裝配式結構廣泛應用于高層建筑結構提供研究基礎。

1 抗震性能影響參數擴展分析結果

對擴展分析中各預制柱模型有限元計算結果進行分析，從破壞過程與破壞模式、骨架曲線、延性系數等方面分析其抗震性能，從而得出預制柱隨軸壓比變小、混凝土強度降低時抗震性能的變化規律。破壞形態是評價預制拼裝柱抗震性能很重要的一點，破壞發生的過程與最終的破壞模式直接決定試件是脆性還是延性破壞。主要有三種破壞模式：彎曲破壞、彎剪破壞和剪切破壞。其中，試件發生剪切破壞是最危險的情況。觀察混凝土模型損傷發展過程，損傷首先出現在模型柱底受壓側。隨著荷載的增大，損傷從柱底逐漸向柱身中部發展。在水平往復荷載的不斷作用下，柱端和柱身損傷值達到最大，試件承載力也下降至極限承載力的百分之85。試件發生彎剪破壞[1]。

2 抗震性能

采用整體現澆的鋼筋混凝土柱在地震作用下，墩身將出現等間距的貫通裂縫，局部混凝土被壓碎，外側縱向鋼筋斷裂。當墩身采用合適的配筋率時，混凝土壓潰和縱向鋼筋拉斷幾乎發生在同一時刻，鋼筋的承載力在被拉斷前無明顯下降。

2.1 節段接頭

節段拼裝混凝土柱的接頭主要指節段與承臺間的接頭以及節段間的接頭。節段與承臺間有3種連接方式，即現澆式、承插式和節段式。節段拼裝混凝土柱采用現澆式或承插式連接時，其破壞形式主要為彎曲破壞，其中承插式柱的塑性鉸有上移的趨勢。節段拼裝混凝土柱采用節段式連接時，其破壞集中在接縫處，承臺處接縫表現最為明顯。實際工程中，地震區高墩主要采用現澆式連接方式，中短墩主要采用承插式、節段式連接方式；非地震區主要采用節段式連接方式。

節段間的連接方式有匹配筑造、環氧接頭、剪力榫結構等3種。實際工程中，非地震區或低烈度地區主要采用匹配筑造或環氧接頭連接方式，地震區主要采用剪力榫結構連接方式。

2.2 耗能裝置

節段拼裝混凝土柱的耗能裝置分為兩大類，即內部耗能裝置和外部耗能裝置。增設消能鋼筋能增加柱的消能能力，但是柱配筋率的提高增加了結構的殘余變形[2]。

3 結束語

本文針對高層建筑預制框架結構中的柱構件，結合預制拼裝柱豎向連接的抗震性能試驗研究與ABAQUS數值模擬，對套筒灌漿制作方法的預制拼裝柱的抗震性能進行系統研究，取得的成果如下：①分析預制拼裝柱豎向連接的擬靜力試驗結果可知，預制柱在破壞形態方面與現澆柱基本一致，在承載力、延性、耗能等方面均不弱于現澆柱。另外，隨著軸壓比、漿料強度的升高，預制柱的極限承載力逐漸增大，延性系數逐漸減小，耗能能力略有降低。通過預制柱抗震性能試驗研究，為其應用于高層預制建筑提供了理論依據。②通過材料屬性、邊界條件方面按照試驗實際情況合理考慮，建立了套筒灌漿節點連接方式的預制拼裝柱的數值模型，并進行了試驗研究與模擬分析結果的對比分析，分析說明模擬與試驗在破壞模式、極限承載力、延性等方面的變化規律是基本一致，論證了數值模型的正確性與可靠性。③進行了預制柱抗震性能影響參數的擴展分析，由分析結果知，隨著預制柱的軸壓比、混凝土強度從低到高變化，其極限承載力升高、延性系數減小，破壞模式由彎剪破壞變為剪切破壞?；诜治鼋Y果，給出套筒灌漿節點連接預制柱的軸壓比和混凝土強度適用范圍。通過上述研究，對套筒灌漿節點連接方式的預制拼裝柱的抗震性能有了初步認識，但如下內容仍有待進一步研究與探索：①本文研究了預制框架結構中柱構件的抗震性能，預制框架一現澆核心筒體系的整體抗震性能值得近一步系統分析研究。②本文僅針對軸壓比、混凝土強度等影響參數進行了抗震性能擴展分析，對配筋率、截面尺寸等其他參數對預制柱抗震性能的影響仍有待近一步探討。