裝配式混凝土結構抗震性能試驗研究

張巖

（揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇揚州 225000）

0 引言

在過去很多年時間里，現澆法是現代工程中最主要的施工手段，而對于這種施工方法，通常情況下會大量消耗施工材料，這與當今的趨勢可持續發展理念格格不入，隨著時代的發展，傳統的施工技術已經不能適應當前建筑行業的發展，因此裝配式技術也就應運而生。目前國內外的裝配式建筑結構大多采用工廠制造構件與施工現場組裝相結合的方式。相比早期的建筑，使用裝配式結構的有利點在于質高價低、施工速度快、采用了環保、節約資源的新技術，能夠有效地減少施工周期、增強施工安全性、降低人力需求、保障施工的質量、減少建筑產生的垃圾、降低建筑周期內能量的消耗、提升建筑工程的生態環境效益。因此，這種建筑結構形式在眾多國家尤其是在發達國家及地區已經被廣泛應用。然而，地震等外部荷載引發的漸進性倒塌等多重災害，在整個建筑結構使用壽命期內，無疑給混凝土結構提出更高的技術要求。基于以上所述，如何能有效提高混凝土結構的抗震能力成了世界上廣泛研究的課題。然而，對于常見的多層鋼筋混凝土框架結構，已有的大量研究表明，地震以及連續倒塌作為兩大主要的危害結構安全因素，因此梁柱節點的強度在裝配式混凝土結構中的作用顯得尤為重要。然而，與傳統建筑相比，本試驗所研究的裝配式結構類型在地震安全性方面能否達到其安全水平還存在疑問，裝配式建筑結構的抗震試驗技術成為一種重要手段，對結構的安全性進行檢測，具有十分廣闊的前景，在具體的工程實踐中具有重要的意義。

1 裝配式混凝土抗震節點

1.1 含阻尼器節點

有關專家和科學家進行相關的研究和測試，預先制作有抗震節點的預制結構，然后在這些抗震節點上安裝具有阻尼作用的構件。通常來說，具有減震性能的相關構件都是屬于阻尼器。我們將建筑物大致分為兩個種類：①預先安裝了抗震元件；②沒有預先安裝抗震元件。經過試驗，設置阻尼單元的節點剛度較好，且該部分結構相對穩定，在外力作用下不易變形或坍塌。相反，未安裝的節點剛度明顯降低，在外荷載作用下很容易損傷節點功率，比較用傳統的鑄造代替技術是預制構件中的節點，當然，在建筑高度相對較低的裝配式結構中安裝阻尼元件，不僅能夠提高建筑物的抗震能力，還可以節省經濟成本，達到可持續發展的目的。

1.2 裝配式焊接節點

有研究表明，預制構件在建筑結構中節點起著較為重要的作用，是預制構件性能優良的基礎。建筑節點如果出現損壞，預制建筑物的整體穩定性可能受到不利影響。大量數據表明，保證節點的可靠性，是預制件功能發揮的前提，因此預制焊接接頭是預制施工技術的重要組成部分。方法是通常將建筑物的所有部分焊接為一個整體，便于形成節點。焊接技術在施工中屬于常用應用技術，因此一定要注意相關技術的應用與施工的關系，仔細核實焊接工人的專業素養，以便讓焊接工作逐步開展。

2 裝配式混凝土剪力墻節點連接技術

以下是裝配式混凝土剪力墻節點的概述。

2.1 結構性節點

結構性節點是指裝配剪力墻的構件之間相互連接從而形成的一類節點，這種節點決定抗震的性能和試件的整體性能。結構節點有很多使用情況，一般使用情況下在預制的剪力墻豎向分布連接節點，在預制水平連接上分布的節點以及在預制連梁上連接的節點和預制樓板連接節點。

2.2 非結構性節點

一般來說，非結構性節點的使用是確保構件之間的可靠連接，主要用在非結構和主題構件的相互連接。在現行的施工規范中，可以按照構件尺寸大小進行分類。當體型較大、較重時，可以使構件鋼筋伸出錨固在樓板現澆層之中；另一方面的體型較小而較輕時，可通過結構伸出的鋼筋在相應位置預留孔道實現在孔道內連接。

3 預應力預制裝配式混凝土框架結構抗震性能的試驗研究

3.1 裝配式整體式混凝土框架結構節點概述

預制整體式混凝土框架的結構由連接至固定連接件的鋼筋和柱組成。梁和柱更容易調整，標準化和定型模數，更適合于標準化和生產。此外制造的整體式混凝土框架的空間將更加靈活，構件的樣式也將多樣化。現場進行高度機械化和高效的吊裝這就解釋了為什么可以說混凝土整體結構制造在建筑產業化進程中具有獨特的優勢。能夠廣泛地應用于學校、醫院寫字和辦公樓等公共和民用建筑中。

到目前為止，根據我國的建筑業發展的趨勢以及施工的具體經驗和習慣來說，更合適推廣使用這種疊合式連接裝配整體混凝土框架，主要應用在預制空調和樓梯，也可以應用在預制梁柱和預制陽臺板之間。

3.2 裝配式混凝土框架結構節點的抗震性能研究

大量研究表明，預制結構倒塌的主要原因是構件之間的連接失效，因此預制構件的強度和剛度要適配；螺栓連接的整體性和剛度比較差，這種節點的較大的優勢廣泛體現在施工便捷性。除此之外，接頭焊接的強度和現澆的強度基本上大體一致，因此，對于上述的內容，有必要對這種框架結構的連接形式以及節點進行深入的創新性研究，對提高結構的抗震性能具有特別重要的意義。

歐美以及亞洲的日本這些發達國家在20 世紀50—60 年代就開始了預制框架結構的研究，其抗震性能一直是研究的熱點，在1996 年普列斯特利的研究結果表明：框架在作用力較小的地震下都位于彈性階段，其性能與現澆結構相同；在大地震作用下，兩種框架均處于彈性階段的接頭屈服，破壞的集中區域往往都處在螺栓處，這種結果會讓結構的承載能力被削弱；對于這種節點在其產生屈服之前仍處于彈性狀態，其主要表現為混凝土被壓碎。

多數研究結果表明，預應力的拼接結構和裝配整體結構在強度和剛度上與鑄造結構接近，但能耗能力較低；另外，想要提升裝配式鋼筋混凝土框架的抗震性能，一般是從加強節點的抗震性能來入手的。

3.3 裝配式鋼筋混凝土結構的減震技術

裝配式鋼筋混凝土結構的減震技術，林宗凡列舉出了非線性的節點與滑動摩擦的節點構造形式進行探索。研究指出，非線性的節點運動性能相對來說比較好，殘余變形很小，總耗較低；在另一方面，傳力摩擦滑動節點抗震能力更強，不影響性能；間接則不能確保節點抗震能力好，因而導致試件發生了破壞。周云則對新型減震耗能混凝土體系進行了較多次數的低周期而且反復的加載試驗。實驗結果表明，裝配式梁柱的減震節點耗能效力較強，承載的能力以及移動性能得到了較為顯著的改善。

綜上所述，預制裝配式鋼筋混凝土結構領域減震大致有兩類研究方向。其中阻尼的技術一般應用于裝配式結構，研究結果表明，這種方法雖然能達到相應的減震效果，在進行驗證時，應不予考慮結構裝配的特性；所以在預制體系中，需要及時更換已經損壞的防屈伸支撐的耗能部件，并且增加預制結構中高抗側以及耗能性的部件。另一種則是耗能的阻尼節點減震性能的使用，但在施工安裝中比較復雜。