装配式结构

装配式预制混凝土框架结构

抗震性能研究综述

摘要介绍了预制混凝土框架结构抗震研究的最新进展,包括预制混凝土框架预应力拼接节点、后浇整体式节点、全装配式节点的抗震研究和装配式混凝土框架结构抗震研究情况。总结了装配式混凝土框架结构各类节点的抗震性能,指出了全装配式节点和预制结构整体抗震性能是今后需要进一步研究的内容。

关键词预制混凝土,框架结构,连接节点,抗震性能

Summary of Investigation on Seism ic Behavior of

Precast Concrete Frame Structures

Abstract The progress of investigations on seismic behavior of precast concrete frame structures including the investigations on emulation monolithic connections, joint precast connections and the global precast frame structures is introduced. A summary of seismic behavior of different connections is presented and it is suggested that the seismic behavior of jointed precast connections and global precast structures should be paid more attention in the future reseach.

Keywords precast concrete, frame structure, connection joint, seismic behavior

0.引言

装配式钢筋混凝土结构是我国建筑结构发展的重要方向之一，它有利于我国建筑工业化的发展，提高生产效率节约能源，发展绿色环保建筑，并且有利于提高和保证建筑工程质量。与现浇施工工法相比，装配式RC结构有利于绿色施工，因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，包括降低噪音、防止扬尘、减少环境污染、清洁运输、减少场地干扰、节约水、电、材料等资源和能源，遵循可持续发展的原则。而且，装配式结构可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序，从而减少进场的工程机械种类和数量，消除工序衔接的停闲时间，实现立体交叉作业，减少施工人员，从而提高工效、降低物料消耗、减少环境污染，为绿色施工提供保障。另外，装配式结构在较大程度上减少建筑垃圾(约占城市垃圾总量的30%―40%)，如废钢筋、废铁丝、废竹木材、废弃混凝土等。

国内外学者对装配式RC结构做了大量的研究工作，并开发了多种装配式结构形式，如无粘结预应力装配式框架、混合连接装配式混凝土框架、预制结构钢纤维高强混凝土框架、装配整体式钢骨混凝土框架等。但目前,由于我国对预制混凝土结构抗震性能认识不足，导致预制混凝土结构的研究和工程应用与国外先进水平相比还有明显差距,预制混凝土结构在地震区的应用受到限制，因此我国迫切需要展开对预制混凝土结构抗震性能的系统研究。

1. 装配式混凝土框架结构节点抗震性能研究

按照美国NEHRP(National Earthquake Haz-ardsReduction Program)2000规范[1],预制混凝土框架连接可以分为等效现浇连接和装配式连接,等效现浇连接要求达到或超过现浇混凝土连接的抗震性能,装配式连接和现浇混凝土连接力学性能不同,NEHRP另行给出抗震规定。常用的等效现浇节点有后浇整体式和预应力拼接式,常用的装配式节点有焊接节点和螺栓连接节点。

1.1等效现浇节点

1.12无黏结预应力筋拼接节点

加利福尼亚大学Priestley对部分黏结预应力拼接节点进行了理论研究[2],他指出由于预应力筋在节点内和节点两边一定范围内不与混凝土发生黏结,因此在节点产生较大变形时预应力筋仍可保持弹性。这种节点在大变形后强度和刚度的衰减及残余变形都较小,节点复原能力强;由于预应力的夹持约束作用,对节点区抗剪有利,可以减少节点区箍筋用量。Priestley进行了8个无黏结预应力梁柱节点的低周反复加载试验。试验表明:节点最大层间变形可达2.8%~4%,残余变形约为最大层间变形的2.2%;大变形时,由于梁柱界面处混凝土的塑性发展使节点刚度有所下降,但节点只有轻微损坏。与现浇混凝土节点相比,预制混凝土无黏结预应力拼接节点耗能较小,损伤、强度损失和残余变形也较小。

1.2黏结预应力筋拼接节点

2004年合肥工业大学柳柄康等进行了两榀预压装配式预应力混凝土框架梁柱组合体的低周反复加载试验[3]，试件尺寸和配筋如图1。试验表明：由于牛腿的存在，反向加载时存在掀起效应，正截面受弯承载力应予以折减，梁端剪力摩擦作用能够抵抗梁端剪力；预应力的作用使得试件有很强的变形恢复能力，有利于震后修复。

图1 试件尺寸及配筋

2005年北京工业大学进行了6个混合连接装配混凝土框架内节点试件在低周反复荷载下的加载试验[4]，试件尺寸及配筋图如图2。试验表明：混合连接装配混凝土框架节点的耗能力与整体现浇混凝土节点相当，而其延性和变形恢复能力则优于整体现浇混凝土节点，其综合抗震性能优于整体现浇混凝土节点。

图2 试件尺寸及配筋

1.3 后浇整体式节点

1998年,V asconez进行了13个预制混凝土节点的反复加载试验[5],这些节点包括9个钢纤维混凝土节点、1个聚乙烯醇纤维混凝土节点和3个普通混凝土节点。试验结果表明:钢纤维比聚乙烯醇纤维对改善节点性能更为有效;采用后浇钢纤维混凝土可以提高钢筋与混凝土的黏结强度,有助于提高节点延性、推迟破坏发生,同时还可以提高节点抗剪强度;与普通后浇节点相比,钢纤维混凝土节点的强度、耗能和变形能力分别增加约30%,35%,65%;使用3%体积含量的钢纤维混凝土可以使节点区箍筋用量减少50%,并获得更好的抗震性能。

2004年，同济大学赵斌等对高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强钢纤维混凝土后浇整体式梁柱组合件在低周反复荷载作用下进行试验研究[6]，试验表明：预制高强混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力，采用高强钢纤维混凝土浇筑预制混凝土结构后浇节点，可以减小节点区域箍筋用量，改善节点承载性能。

2. 装配式连接节点

2.1 螺栓连接节点

2004年，同济大学赵斌等采用足尺模型对比试验方法对现浇高强混凝土梁柱组合件、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强预制混凝土结构全装配式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的试验研究[7]，全装配式节点示意图如图3及4个试件的滞回曲线如图4。试验表明：全装配式半刚性节点预制混凝土梁柱组合件由于其短梁接头的加强作用,其承载力随加载位移的增加持续增大,相同的极限加载位移,其极限承载力大于现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件，但由其滞回曲线可以看出它的耗能指标总体小于现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件,建议采取必要措施,增加全装配式半刚性节点的耗能能力。