裝配式梁-柱節點研究綜述

潘潭魯,尹洪濤,嚴 熔

(1.武漢理工大學道路橋梁與結構工程湖北省重點實驗室，武漢 430070；2.中南電力設計院，武漢 430070)

由預制部品部件在工地裝配而成的建筑，稱為裝配式建筑。在裝配式建筑中柱和梁是整個建筑的重要受力構件，因此梁柱成為裝配式建筑研究的重點對象。裝配式混凝土結構的梁柱節點在設計時一般要符合受力合理、整體性好、施工方便等要求，其中它們的連接方式主要分為干式連接和濕式連接兩種，我國主要采用濕式連接，而干式連接在我國應用不夠廣泛且技術尚不成熟。

1 裝配式框架結構梁-柱連接節點研究

1.1 國外研究

Loo Y C和Yao B Z[1]對兩種預制鋼筋混凝土梁柱連接的強度和變形行為進行了實驗研究，比較研究表明，兩種類型的預制混凝土連接表現令人滿意，因為它們的彎曲強度無一例外高于整體連接。此外，預制連接的延展性和能量吸收能力通常優于其單片對應物。梁柱連接的銷釘類型在歐洲是比較常見的，然而關于其抗震性能的知識是不完整的，并且知之甚少。Zoubek B[2]等學者為了分析銷釘機構的失效，使用實驗研究的結果定義和校準了FEA軟件ABAQUS中的數值模型,分析了循環以及單調響應。

1.2 國內研究

徐曉珂[3]提出了一種適用于裝配式混凝土結構的高性能節點連接技術，介紹了這種新型連接節點裝置的構造、工作原理和優點，并對一22 層裝配式框架-核心筒結構進行了受力性能分析。程蓓等[4]等對高強螺栓型鋼連接節點進行低周反復荷載試驗以考察其受力特性，利用有限元軟件ABAQUS 建立數值分析模型并與試驗結果進行驗證對比，進而利用有限元模型進行參數分析，研究法蘭板厚度、肋板長度、肋板厚度等參數對螺栓型鋼連接節點的受力性能的影響，同時給出了針對這種連接節點的設計方法。吳從曉等[5]對裝設扇形鉛粘彈性阻尼器的預制裝配式混凝土框架梁柱節點進行了數值仿真分析，并與試驗結果進行了對比，還對比分析了普通預制節點與消能減震梁柱節點的抗震性能，并分析了不同設計參數對消能減震節點構件抗震性能的影響。章一萍等[6]設計了3 種新型后澆整體式梁柱節點，并對4個足尺梁柱節點進行了低周往復試驗，發現這3種節點在強度和剛度方面能夠等同現澆節點。高向玲等[7]針對裝配式混凝土框架節點的連接方式，進行了現澆節點、型鋼連接節點、套筒連接節點以及改進的型鋼連接節點在低周反復荷載作用下的力學性能試驗，結果表明：改進的型鋼連接節點的滯回環更加飽滿，極限承載力和耗能能力也是最優的。

2 裝配式梁-柱連接節點種類

梁-柱連接節點的連接形式主要有明牛腿連接、暗牛腿連接、整體澆灌式連接、預應力裝配式框架節點連接等。

2.1 明牛腿連接

明牛腿連接多用于單層或多層廠房中。這種節點承載力大，受力可靠，節點剛性好，施工安裝方便。

裝配式施工方法的早期，提出了暗銷明牛腿連接，如圖1所示。此種連接方式由牛腿處預埋鐵銷，梁端預留孔洞。預制梁和柱通過鐵銷連接之后，再進行澆灌。該節點由于需要鐵銷和孔洞準確對上，故對于施工和預制梁柱的制作都有較高的要求。東南大學周宇凌提出了一種混合裝配式預應力混凝土框架節點連接形式。該節點由預制梁、柱通過無粘結預應力筋拼裝而成。梁柱結合面采用PVA纖維混凝土砂漿灌縫連接。耗能角鋼通過高強螺栓分別與預制梁、預制柱連接，為防止張拉螺栓引起混凝土柱的局部壓碎，在耗能角鋼與柱構件間設置鋼墊板。梁端一定長度內及牛腿中設置了加密的焊接鋼筋網片，提高延性。預應力明牛腿式連接形式如圖2所示。

2.2 暗牛腿連接

在住宅或商業用房中，牛腿應盡量滿足建筑的要求，此時常把牛腿做成不影響美觀的暗牛腿。通過鐵銷連接的暗牛腿連接如圖3所示。在暗銷暗牛腿連接的基礎上，提出了型鋼暗牛腿連接，如圖4、圖5所示。型鋼可以減小暗牛腿的高度，相應地增加梁端缺口梁的高度，以增加缺口梁梁端的抗剪能力。

2.3 整體澆灌式連接

在實際工程應用中有一種比較常見的裝配式節點，即根據設計要求，僅預制梁、整根柱子和樓板通過現場澆筑混凝土來形成整體的裝配式節點，節點核心區的鋼筋采用彎折錨固和焊接連接，屬于半裝配式結構。這樣的做法可以保證節點核心區混凝土的質量，但鋼筋現場焊接質量很難保證，同時由于現場澆筑量較大，致使施工周期長，同時需要臨時支撐和支模，加大了施工成本。在現澆柱預制梁節點的基礎上，又提出了分別預制梁和柱，而樓板和節點核心區現澆的連接方式，如圖6所示。該節點的不足之處是穿過節點核心區的梁下部鋼筋密集排布，施工困難，不利于核心區混凝土澆筑時充分振搗。當采用與普通現澆方式相同梁截面寬度時，梁下部鋼筋在節點區錨固連接且密集排布，對另一方向梁的截面有效高度削弱較大。

同濟大學薛偉辰等進行了一組裝配式混凝土框架節點擬靜力試驗，如圖7所示。相較于傳統的現澆節點，新型現澆節點的預制梁端部設置了榫頭，提高了新舊混凝土的協同工作。試驗結果表明4個節點試件破壞形態均為梁端受彎破壞且剛度退化程度相同，節點核心區有少數細裂縫。這種裝配式節點設計的現場濕作業較多，相對應的支撐模板數量也會增加。

2.4 預應力裝配式框架節點連接

為了探索預制鋼筋混凝土結構的抗震性能，美國和日本共同開展了“PRESS”計劃，通過對1/3比例的梁柱節點進行低周反復加載試驗，研究了預制梁柱只有預應力筋連接(圖8(a)、圖8(b))、普通鋼筋和預應力筋共同連接(圖8(c))等類型的預制預應力節點，試驗發現只有預應力筋連接的節點殘余變形小但耗能特性差，而由普通鋼筋和預應力筋連接的節點—“混合”連接節點表現出更好的耗能特性。“PRESS”計劃結果表明這類用無粘結預應力筋和普通鋼筋連接預制構件的節點或體系，震后梁柱、墻體基本沒有破壞，預應力筋始終保持彈性，節點能回復到原來位置，殘余變形小。這種震后可回復到原來位置的結構體系經過不斷的發展，形成了一種新的預制裝配式體系——自復位體系。

3 結 語

裝配式建筑由于其具有建筑周期短、施工簡單、節約材料等優點，是促進建筑產業化與綠色建筑的重要結構形式，在未來的建筑行業中一定有著重要的地位。裝配式混凝土框架結構是目前國內外應用和研究最多的工業化結構體系之一，其核心部位為梁柱連接節點。連接節點的構造方式及其抗震性能不僅影響裝配式結構的施工效率而且直接決定了框架結構整體的抗震表現。我國對預制裝配式混凝土結構的研究不足，致使尚無完整規范來指導設計與施工。而且相比現澆整體式結構，目前的預制裝配式結構的造價還是比較高的，高造價也阻礙了預制裝配結構的發展。關于裝配式建筑梁柱節點連接的相關研究不夠完善，需更進一步的深入研究以解決當前研究中存在的一些問題。