預制裝配式混凝土結構的抗震性能研究

李紅亮 高貴軍

1. 山東魯碧綠色建筑科技有限公司 山東 濟南 271100；2. 山東魯碧建材有限公司 山東 濟南 271100

1 混凝土裝配式建筑技術特點

1.1 具備節能環保特性

在開展各項建設過程中，會消耗大量的施工資源。如應用水泥材料和鋼材過程中，由于技術不成熟，我國在實際材料消耗過程中與西方國家相比高出近20%，換作應用比例可以發現，每攪拌1m3的混凝土，將多消耗80kg的水泥；而應用混凝土裝配式建筑住宅，能以更加優質化的創新技術體系，降低建筑能源的消耗量。依照具體的調查分析可以發現，在混凝土裝配式建筑實際應用過程中，與同等規模的傳統結構的建筑進行綜合比較，其能夠使得大鋼模的實際用量降低20%以上，木材的用量降低40%以上，鋼架料的實際用量則可以降低10%以上[1]。

1.2 施工周期相對較短

混凝土裝配式住宅技術的應用，能使建筑在現場與裝配件的工廠車間同步進行，在裝配間內以流水線的方式對各類預構件進行制作，并通過各類運輸方式運抵現場進行拼裝，在保證現場施工質量的前提下，縮短建筑物的實際工期。在實際應用過程中，能在一定程度上簡化預埋件埋設的工序，同時，降低墻體開鑿以及混凝土現澆的技術難度。

2 裝配式隔震結構抗震功能研討的含義

地震是一種損害極大的自然災禍。建筑物在地震災禍中簡單受損，地震對高層建筑的影響更為嚴峻。裝配式隔震結構中的隔震接頭是保證隔震功能的重要因素，對其進行研討具有重要含義[2]。

2.1 減少經濟損失

從唐山和汶川的地震中能夠發現，地震將形成很多的建筑損壞，形成非常嚴峻的經濟損失，影響我國的全體開展質量。對抗震結構的研討能夠進步建筑物的抗震才能，從而減少地震對建筑物的影響，減少地震形成的經濟損失。

2.2 保證居民的生命及財產安全

一旦發生地震，無法及時疏散高層建筑內的人員，這將使更嚴峻的地震中造成更多的人員傷亡。對高層抗震結構的研討能夠進步建筑物的抗震才能，降低地震災禍中的人員傷亡概率。

3 抗震功能試驗辦法

為了研討結構在地震效果下的抗震功能和機理的復雜性，不單要用理論剖析來研討結構在地震效果下的損壞機理，還要經過結構抗震試驗來進行結構剖析。研討結構抗震功能的試驗辦法主要有擬靜力試驗法、擬動力試驗法和地震模仿振動臺試驗法。

準靜態試驗辦法是對試件進行必定的荷載操控或位移操控重復加載，使結構構件取得非彈性荷載變形特性的辦法。準靜態試驗辦法的特點是加載速度慢，試驗進程中試樣不產生慣性力，加載速率的影響能夠忽略；因為加載程序在試驗前已完全確認，因而試驗的可控性杰出。常用的準靜態辦法是低周重復加載試驗，這也是研討結構構件力學和變形功能最常用的辦法。擬動力試驗法是一種在線試驗辦法。該辦法經過計算機操控和模仿整個地震的加載進程，根據動力響應的要求，連續施加荷載和位移。與擬靜力試驗相比，擬動力試驗最大的優點就是可以真實反映試件在整個加載過程中的恢復特性。地震模擬振動臺試驗方法可以再現各種方法的地震波，以便分析試驗的多波輸入。它可以模擬多次地震的初震、主震和余震的全過程，從而研究實驗結構的動力特性和抗震性能。受振動臺尺寸和承載力的影響，試件尺寸越小，影響越大，模擬結構內部的真實結構就越困難。

4 預制裝配式結構類型研討

4.1 預制剪力墻結構

在預制剪力墻結構中，水平節點傳遞豎向荷載，豎向荷載受水平剪力的影響。添加豎向配筋能夠改進其抗剪功能。豎向節理影響結構在地震荷載效果下的變形才能[3]。

目前廣泛采用的是一種新式的預制裝配式剪力墻結構，即預制混凝土剪力墻與豎向預留金屬波紋管銜接，梁板疊合現澆。經過對預制剪力墻中間層邊縫抗震功能的試驗研討和ANSYS有限元剖析，與現澆節點相比，這種銜接辦法具有相當大的抗震才能和位移延性，并以為銜接鋼筋應為HRB400熱軋鋼筋，延伸至墻內750mm，延伸至梁內1250mm，以保證接頭的承載力。

插入式預留孔灌漿加固搭接接頭的錨固才能。研討表明，損壞辦法為外筋到達屈從強度，無反常錨固損壞；內螺旋加勁肋和箍筋能夠改進混凝土對錨固區的束縛效果，進步錨固才能。計算裝配式鋼筋混凝土結構豎向齒槽節點的受剪機理和抗剪承載力，提出豎向節點的抗剪承載力主要由節點混凝土與齒槽和橫向鋼筋之間形成的斜壓桿的應力沖突承擔。因而，在滿意現行要求的條件下，進步橫向鋼筋與周圍混凝土的黏結才能是進步預制剪力墻結構抗震功能的一個好策略。

4.2 預制結構

預制結構主要包含現澆全體結構系統、后澆全體預制結構系統和預制預應力結構系統。與預制剪力墻結構相比，它具有更靈活的節點辦法，適合我國建筑工業化。

對一個后澆全體梁柱組件、一個現澆全體梁柱組件和兩個高強預制混凝土梁柱組件進行低周重復加載，并且在柱節點進行預埋螺栓，經過節點支撐、底板以及螺栓實現端板和柱的半剛性銜接。試驗成果表明，現澆全體結構和后澆全體結構具有相似的抗震才能，但半剛性節點銜接的抗震功能較差。這是因為，雖然半剛性節點能夠承受一定程度上的彎矩、轉動。在未來的建設中，在半剛性節點中合理的安裝減震器是一個并未解決的問題。

低周重復荷載下的開裂損壞進程與現澆節點相似。該接頭的銜接辦法為套筒灌漿銜接。現澆節點的剛度比安裝節點大，但退化進程更快，說明安裝節點具有更好的抗震功能，而現澆節點具有更好的全體功能。梁柱組合板邊際節點全體性差的原因是節點處的節點，影響了混凝土剪力鍵和/或鋼剪力鍵的功能。主張在后澆方位延伸梁底鋼筋的錨固長度，以進步結構的全體性。

5 預制裝配式結構銜接節點研討

5.1 節點銜接辦法

在實踐運用進程中，梁柱節點會受到上、下以及水平等多個方向的力的干擾。高層裝配式的隔震結構隔震功能受力承載力的影響很大，因而對其進行研討十分必要。目前，在國內目前高層裝配式隔震結構設計中常常采用兩種梁柱節點方案。①在節點設計進程中，需求在混凝土澆筑前預先設置上下柱。②將上下預制柱全體預制成一根預制柱，并在接縫處澆筑混凝土。

5.2 資料機械功能檢驗

同一種混凝土資料在高層建筑梁柱節點中的運用辦法不同，其運用質量也不同。以第二種梁柱節點銜接辦法為例，對其在現澆和預制房屋中的承載力進行了判別。根據相關檢測要求，主要檢測實踐運用進程中混凝土的抗壓強度、軸壓強度和彈性模量。

本試驗選用的混凝土資料為強度等級為C60和C30的混凝土。結構柱澆筑采用強度等級C60的混凝土，梁主要采用強度等級C30的混凝土。

在高層裝配式隔震結構抗震功能試驗進程中，除了對梁柱節點進行混凝土功能試驗和剖析外，還需求對鋼筋功能進行試驗和剖析。鋼筋查看選用的鋼筋直徑分別為10、12、14和16mm。

5.3 試驗資料的預備

測驗資料的質量在很大程度上對其準確性造成了很多大的影響。為了確保研討數據的代表性，有必要嚴厲預備試驗資料。應預備兩種試驗資料：預制梁柱接頭和現澆接頭。如上所述，為制備試驗資料而挑選的混凝土強度等級為C30和C60。預制梁柱節點與現澆梁柱節點規格相同，上主節400mm×400mm，下主節750mm×750mm，梁節325mm×200mm。

5.4 試驗加載設計

在地震荷載效果下，節點的抗震才能和康復程度的測驗主要是測驗梁基礎在地震荷載效果下的抗震才能。

加載辦法的合理性在必定程度上決定了加載試驗成果的準確性。載荷試驗常用兩種辦法；柱端荷載和梁端荷載。本文研討了兩頭重復加載的挑選。在實踐運用中，該辦法運用設備固定柱，并對梁的兩頭加壓。試驗前，相關技能人員需求查看和剖析設備的運用情況，以保證試驗期間設備的正常運行。

試驗開始時，應在節點兩頭添加5kn筆直荷載，并進行一個循環，以測驗設備試驗的準確性。試驗期間，應向柱端施加2000kN的筆直荷載。在保證試驗穩定性后，應在梁的另一端同步施加對稱荷載，并運用相同荷載進行分級加載，并記載數據。該辦法在理論上能夠取得更準確的試驗數據，但在實踐運用進程中，因為梁截面配筋不對稱，很難同時計算節點兩側的屈從荷載，這對試驗數據有必定的影響。因而，在檢測進程中有必要采取一些辦法來判別屈從點，以幫助檢測人員取得更準確的檢測數據。在試驗進程中，試驗機能夠經過觀察載荷-變形曲線，找出曲線中顯著的拐點，從而判別其屈從點。查看員能夠經過檢測受力鋼筋的應變來確認屈從點。如果查看員發現操控截面上的大多數受力鋼筋已到達屈從應變，則證明其已到達屈從點。

5.5 測驗成果

經過對現澆節點和裝配式節點的試驗，發現當外壓添加到35KN時，現澆試件會產生傾斜的細小裂紋，后期裂紋會不規則地開展。當外壓力添加到40kN時，即接近接頭兩頭時，底部會呈現筆直裂紋，裂紋會隨著強度的添加而擴展。當預制節點施加的壓力到達55kn時，梁柱界面底部呈現筆直裂縫。隨著應力的添加，裂紋迅速開展。

6 質量控制要點

6.1 施工測量的精度要求

①建筑物測量控制點閉合誤差：高程閉合誤差＜1mm，距離閉合誤差＜2mm，角度閉合誤差＜20°。②測量控制線要求：建議在建筑物邊緣周圍設置一個軸線為1m的定位點，以便于后期軸線放樣和各層之間外墻垂直面的精度。當建筑物高度超過50m時，應將建筑物外四根立柱的1m軸線控制點投影到樓層樓板或陽臺上50m高度附近，作為新的控制點。③放線精度誤差不大于控制點精度的1.5倍。④各部件組裝完成后，精度必須控制在10mm以內。⑤樓板中部與兩端高差＜5mm，板間接縫寬度偏差＜3mm。

6.2 吊裝質量保證措施

①下部結構開工前，應布置上部結構開工所需的中心線限位點，設置的基準點應形成一條閉合線，以便組合和校準。②底板觀測孔放樣時，在布置好底板中心線的極限點后，用鋼錘將底板中心線的絕對標高引至頂層工作面，以正確預留觀測孔位置，保證工程質量。③鋼尺在使用過程中，應糾正鋼尺標識和測溫的誤差，消除對中、傾斜、張力不均、對中、讀數等誤差。④各層中心線之間和各層之間的垂直偏差為±2mm。測量值由計算器和審核人員列出并簽字。在儀器運行過程中，控制網絡應用于測量站和反向定向，以防止因站轉移而導致的累積誤差。定點測量應防止縱向角度＞45°。使用前檢查易移位的極限點。在規定的時間內檢查控制點，以防止季節變化造成的誤差。在工程運行中，加強對樓層標高、中心線和凈空面積的測量、復核和驗證。

7 結束語

與現澆混凝土的結構相比，預制混凝土的結構具有工期短、模塊化施工、環保等優點，符合我國綠色發展的理念。我國尚未建立一套完整的預制構件規范，施工環境復雜，不利于預制構件建筑的發展。目前，濕連接還存在一些問題，這不是一個真正的預制建筑。預應力干式連接具有特別牢固、穩定的連接方式，所以干式連接節點和結構抗震性是未來發展的重要手段。