裝配式整體混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究進(jìn)展

王闖

寧波華聰建筑信息科技有限公司 浙江 寧波 315000

引言

21世紀(jì)以來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，暴露了我國(guó)傳統(tǒng)建筑行業(yè)存在的大量人力資源，浪費(fèi)了高效、低污染和嚴(yán)重的環(huán)境，這使我國(guó)傳統(tǒng)建筑行業(yè)面臨著一系列的挑戰(zhàn)。因此，我國(guó)需要尋找新的生產(chǎn)方式來(lái)改善現(xiàn)狀，在國(guó)家政策指導(dǎo)下，大力發(fā)展綠色建筑，使我國(guó)的建筑工業(yè)有了新的發(fā)展機(jī)遇，全面促進(jìn)我國(guó)的建筑工業(yè)化發(fā)展。

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建造是我國(guó)使用最廣泛的一種建筑方式，裝配性建筑是利用預(yù)制結(jié)構(gòu)在工地上拼裝而成的，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑有明顯的區(qū)別，即采用預(yù)制結(jié)構(gòu)。是建筑方式發(fā)生的重大變化，對(duì)于推動(dòng)建筑工業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合是非常有利的。隨著建筑工業(yè)化的不斷發(fā)展，裝配建筑已成為中國(guó)建筑工業(yè)化發(fā)展的重要形式。預(yù)制式裝配結(jié)構(gòu)施工安全，高效施工、低成本施工。節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，因此被稱(chēng)為裝配建筑的綠色，成為全國(guó)大力推廣和發(fā)展的一種新型綠色建筑結(jié)構(gòu)。

1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)概述

鋼板籠混凝土結(jié)構(gòu)作為一種新興的結(jié)構(gòu)形式，在二十世紀(jì)初由美國(guó)科學(xué)家Mohammad Shamsai最先根據(jù)大量的理論研究后提出，該型結(jié)構(gòu)根據(jù)鋼筋混凝土傳統(tǒng)形式同原理又同時(shí)針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的弊端衍生出來(lái)。鋼筋混凝土大致是由鋼筋籠骨架承受側(cè)向荷載由混凝土填充承受軸向荷載，但由于鋼筋籠是在現(xiàn)場(chǎng)綁扎，所以整體性不強(qiáng)，工人的技術(shù)以及場(chǎng)地條件限制，使得施工質(zhì)量參差不齊，產(chǎn)生較大的誤差。鋼板籠則不同，設(shè)計(jì)人員只需將設(shè)計(jì)圖紙交于預(yù)制工廠，工廠根據(jù)要求在與設(shè)計(jì)板厚相同的鋼板或鋼管上進(jìn)行開(kāi)孔和切割處理后，進(jìn)行相應(yīng)的焊接拼裝生產(chǎn)出來(lái)。由于都是又一個(gè)整體上產(chǎn)生，所以整體性很強(qiáng)。在工廠中機(jī)械化自動(dòng)生成所以質(zhì)量得到很大的保證，最終完成的構(gòu)件在承載能力方面達(dá)到設(shè)計(jì)要求，由于鋼板的延性很大，在變形能力方面也可達(dá)到要求。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)抗震性能研究

同濟(jì)大學(xué)薛偉辰等人以一個(gè)六層兩跨框架的實(shí)際工程為背景，根據(jù)抗震規(guī)范中的強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件等原則，按照1∶4的比例制作縮尺模型，并對(duì)縮尺后的一榀六層兩跨框架進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，亦在模擬分析研究其原型——一個(gè)鋼筋混凝土框架柱和現(xiàn)澆混凝土疊合梁的六層兩跨框架的抗震性能。得出如下結(jié)論：試件符合強(qiáng)柱弱梁的機(jī)制，即在擬靜力的荷載作用下破壞首先發(fā)生在框架結(jié)構(gòu)的框架梁上，說(shuō)明框架的塑性鉸在梁端出現(xiàn)；在梁柱構(gòu)件出現(xiàn)裂縫等破壞預(yù)兆的同時(shí)，節(jié)點(diǎn)部位特別是核心區(qū)并沒(méi)有出現(xiàn)等程度的裂縫出現(xiàn)，這也符合強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件這一抗震原理的要求。對(duì)最終生成的荷載——位移曲線，從觀察中可以看出，框架每一層的滯回曲線都存在或多或少的捏縮，這一現(xiàn)象在框架整體的曲線中也有體現(xiàn)，這說(shuō)明框架具備良好的延性?？傮w來(lái)說(shuō)，這種預(yù)制梁搭配現(xiàn)澆柱的組合框架形式，體現(xiàn)出良好的力學(xué)特性以及較好的抗震性能，可以滿足設(shè)計(jì)震害的要求，即這種設(shè)計(jì)施工方法是切實(shí)可行的。

3 裝配式混凝土整體抗震性能研究

2004 年，歐盟發(fā)起了“Seismic Behavior of Precast Concrete Structures with Respect Eurocode 8”項(xiàng)目，在seelsa兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室基地進(jìn)行了許多有關(guān)大型裝配式和預(yù)制鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的抗震防御能力的課題研究。研究成果該項(xiàng)目是通過(guò)擬動(dòng)力測(cè)試對(duì)預(yù)制的裝配框架進(jìn)行研究，以提高整體的抗震能力。結(jié)果顯示，這些預(yù)制的框架具有良好的抗震能力，最大層間移率達(dá)到了8%。在與現(xiàn)澆框架的對(duì)比測(cè)試中，預(yù)制框架較現(xiàn)澆框自振周期稍大，變形大、延性小，但兩者的抗震力大致相同。

張銳對(duì)裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行低周往復(fù)加載試驗(yàn)與有限元模擬分析。結(jié)果表明，傳統(tǒng)裝配整體式混凝土框架試件與新型延性構(gòu)造裝配整體式框架試件，都有穩(wěn)定的滯回性能和良好的延性。在大震作用下具有良好的耗能能力，能夠滿足于地震設(shè)防區(qū)應(yīng)用的要求，且裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)基本周期和最大層間位移角大于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)時(shí)程的最大樓層位移和層間剪力略小于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。總體而言，該裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出近似現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

盡管?chē)?guó)內(nèi)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)建立了修訂的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范和建議框架，但新的裝配體系卻是發(fā)展更為重要的方向，特別是對(duì)于高烈度地震區(qū)普通居民和周邊城鎮(zhèn)及農(nóng)村建筑，更需要發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)型居民結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，對(duì)其抗震能力進(jìn)行研究，并建立了相應(yīng)的計(jì)算法，以便進(jìn)行分析和計(jì)算。通過(guò)合理的方式評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)性能，合理的設(shè)計(jì)并采取有應(yīng)的保護(hù)措施，提高了建筑結(jié)構(gòu)或部件自身抗倒塌能力，從而實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。裝配混凝土結(jié)構(gòu)的建筑，可節(jié)約社會(huì)資源和能量，在建筑過(guò)程中實(shí)現(xiàn)低能量和少排放，減輕建筑垃圾對(duì)周?chē)h(huán)境的不利影響，實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?！卑l(fā)展需要，從而推動(dòng)我國(guó)建筑及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。