裝配式混凝土框架結構抗震性能研究

劉偉

【摘要】裝配式混凝土結構屬于一種現代結構，而我們旨在借此來攻克裝配式結構抗震性薄弱的不足。它選取預應力筋，并在節點處實施柔性連接，輔以阻尼器協同工作，能夠保障結構于地震條件下具有適宜的抗震能力。在本文中，筆者首先對裝配式結構進行簡析，然后研究結構濕連接和干連接。

【關鍵詞】裝配式；混凝土；框架結構；抗震性

裝配式結構是以預制構件作為主要受力構件，并通過一定的裝配、連接手段，把預制構件組成整體的結構。由于預制構件的機械化吊裝，與現場各專業的施工同步，施工速度快，施工周期短，有利于冬季施工；并且構件預制生產效率高，產品質量好，安全環保，有效降低工程造價，節約社會資源和能源，在施工過程中實現低能耗低排放，減少建筑垃圾對環境的不良影響，實現“四節一環”的發展要求，促進我國建筑業和相關產業的發展。

一、裝配式混凝土的結構類型與要求

目前國內外預制混凝土結構主要分為三種結構體系：預制裝配式框架、預制裝配式剪力墻、預制裝配式框架-現澆剪力墻。主要承受垂直負荷的所有構件均可預制或預制和現澆結合。預制剪力墻結構可分為全預制剪力墻結構、部分預制剪力墻結構、多層剪力墻結構或預制大板結構。組合鋼筋混凝土框架通常由預制構件、預制梁、預制板和非承重墻板組成。由于預制混凝土框架在地震中容易損壞，其應用長期停滯不前，美國統一建筑規范允許在高強度地震地區使用預制混凝土結構。其前提是，通過試驗和分析，該結構在強度和剛度方面甚至超過了相應的灌注混凝土結構。因此，對裝配框架結構系統的評價和地震機理的分析都與鑄造結構相一致，并根據等效灌注結構的要求，設計和構造了承載構件之間的接頭和關節接頭。結構體系應具有與現澆結構、結構高度、抗震等級和抗震性能等相同的性能。設計方法與現澆結構基本相同。

二、裝配式結構簡析

裝配式混凝土結構具有高效性和快捷性，首先，將整體建筑各自拆開，實施模塊化設計，再在工廠中進行基本構件制作工作，隨后，運送到施工現場，著手拼接與組裝，從整體層面而言，能夠把建造工序總結成設計、生產和運輸安裝。該結構和現澆混凝土結構相比，具有顯著的優勢，具體體現在下述幾點：其一，預制構件工廠的實際生產條件和施工現場相比存在優勢，具有良好的操作性，而這在本質層面保障了綜合質量；其二，施工現場不用開展大規模的作業活動，有效縮短了工期，并控制了垃圾的產生，十分環保；其三，施工現場無需安排太多工人，便于管理，提升施工效率，控制施工成本；其四，在建造環節能夠達成生產自動化與控制信息化。完成施工過程的綜合把控，有效調控施工進度。

三、裝配式混凝土結構整體抗震性能研究

（1）預制裝配式結構體系已在國內外應用。由于預制板和其他構件在地震中表現不佳，國內學術界和工程界都對其地震安全性感到擔憂，同時也限制了結構系統的推廣應用。因此，對結構整體抗震性能的實驗研究和理論分析是提出合適的抗震設計方法和抗震結構措施的必然過程。對于預制混凝土框架結構的整體抗震性能，許多學者在國內外進行了大量的研究。

（2）預制混凝土框架結構體系的抗震性能可以等效于現澆混凝土結構，一些性能指標甚至可以通過合理的設計（主要是裝配節點的連接）超越現澆結構。研究人員在循環荷載作用下對梁河柱的連接進行了性能測試，并對6層預制混凝土框架結構進行了動態時間歷史分析。結構的內部框架承受豎向荷載，內部剪力墻承受水平荷載，外窗框架具有承載和圍護雙重功能，抗震性能良好。在加州大學圣地亞哥分校的結構測試室中結果表明，剪力墻的橫向位移可達217%，最大層間位移達到415%。對于結構體系，只有當層間位移大于3%時，結構才會有輕微的損傷。因此，預制混凝土框架結構也能表現出良好的抗震性能。研究表明，預制混凝土框架和剪力墻結構體系可用于高強度地震區。

（3）進一步研究和改進預制混凝土框架結構體系在震區的應用，可以采取不同的措施，例如改善節點的連接方式，采用預應力法增加能耗構件?？蚣芄濣c采用預應力節點來提高結構的抗震性能，比較而言，框架結構為預制框架系統，另一種為預制框架-墻系統。結果表明，框架方向的最大夾層位移為4.5%，但結構沒有明顯的強度損失。在框架墻方向，最大夾層位移為1.8%，殘余變形為0.06%。測試后，只有墻、柱底部和少量地板出現輕微損壞；而相對常見的節點預應力可以減少結構的殘余變形，雖然預應力關節的能耗小于普通澆注節點，強度損失，殘余變形和損傷程度明顯小于后者，表明該結構具有良好的抗震性能。

（4）為驗證增加耗能部件的裝配結構抗震性能，ELSA實驗室進行了預制混凝土框架擬動力試驗，部分節點在梁柱間加入橡膠墊后節點的轉動剛度較小，但具有很大的彈性變形能力，表明這類裝配式混凝土框架結構具有較好的抗震性能，最大層間位移可達到8%。由于橡膠墊變形能力較大，加入橡膠墊的節點試驗后可保持完好。

四、結語

總之，預制裝配混凝土結構要求在整體抗震性能上達到現澆混凝土框架結構效果，為此需通過對預制構件間的連接形式與連接性能進行合理設計。

參考文獻

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