裝配式混凝土結構新型梁柱節點研究

0 引言

節點連接安全性一直是裝配式結構最關心的問題之一，也是裝配式結構研究的熱點問題。文獻[1]通過擬靜力試驗研究了梁柱邊節點在地震作用下的破壞形態、滯回曲線和骨架曲線，結果表明提高箍筋的強度等級或加密箍筋對提高節點的抗剪承載力有效；文獻[2]設計一個在預制柱節點內預埋低屈服高延性連桿的高效延性節點，節點的變形能力增強，位移延性系數高于現澆節點；文獻[3]采用鋼板對焊拼接預制裝配式鋼骨混凝土框架節點，與鋼筋混凝土梁柱節點相比，其塑性變形能力強，具有較好的耗能能力；文獻[4]將裝配式鋼筋套筒灌漿連接節點和現澆節點進行低周反復荷載試驗，其鋼筋套筒灌漿連接節點的力學和抗震性能與現澆節點相近。

對于裝配式混凝土結構，一方面由于節點連接處受力復雜，容易發生破壞；另一方面大多數節點連接需要進行現場濕作業，不僅對現場施工技術要求較高，而且施工進度緩慢，不能完全發揮裝配式結構的優勢，因此提出一種新型干連接的梁柱節點形式，避免對節點進行現場濕作業，可實現結構體系的全預制化。

1 節點形式

1.1 節點設計思路

裝配式結構的節點連接位置大多集中設置在梁柱節點核心區，調查研究表明：裝配整體式結構節點是其抗震中的薄弱環節，在地震中最主要的破壞形式是節點區混凝土壓碎和鋼筋屈曲[5]，同時節點核心區布筋較密集，后澆筑混凝土不易振搗密實，施工困難，難以保證節點核心區的整體質量。

新型梁柱節點的設計基本思路主要基于以下2點：①依據GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》要求在結構的重要構件和關鍵傳力部位，縱向受力鋼筋不宜設置連接接頭；②在抗震設計中充分考慮“強柱弱梁”“強節點弱構件”的設計理念。該新型梁柱節點連接形式：梁柱連接核心區整澆預制，節點連接處分別設置在梁段1/3處和柱段1/2處，其中梁-梁連接采用企口連接，通過預埋角鋼與中間搭接梁焊接；柱-柱連接采用植筋技術，節點整體模型如圖1所示。

圖1 梁柱節點模型

1.2 節點連接形式與構造

植筋技術是指以專業的膠粘劑將帶肋鋼筋或全螺紋螺桿種植于基材混凝土中后錨固的方法，多應用于結構加固改造工程中，同時膠粘劑黏結強度高，凝固時間短，可實現快速化施工。預制節點在柱連接處采用植筋技術，在柱下半段預留植筋孔，在植筋范圍內和柱上部搭接筋區的箍筋加密，其節點連接如圖2所示。預留植入孔的大小及下部植筋段的箍筋加密要求按照GB 50367—2013《混凝土結構加固設計規范》執行。安裝前必須對植筋孔洞清理，之后注入A級植筋膠，注入量應超過植入孔高度80%，溢出部分充填連接縫，預留鋼筋對孔插入后應減少二次擾動，以免影響連接質量。

預制節點在梁搭接處缺口梁邊緣預埋角鋼，受力鋼筋與角鋼焊接，同時沿角鋼長度方向每間隔200mm引出拉錨筋，防止節點處角鋼被拉出造成節點因承載力不足發生過早破壞，其節點連接如圖3所示。中間搭接梁吊裝就位后先沿搭接處將預埋的角鋼焊接在一起，然后將焊縫打磨平整，再使用與角鋼同等級的鋼板沿接口四周焊接。焊縫大小及要求按照現行《鋼結構設計規范》執行，拉錨筋選用與箍筋等直徑、同等級。

圖2 柱-柱連接節點

圖3 梁-梁連接節點

2 模型分析

2.1 模型概況

利用PKPM結構設計軟件建立一個4層鋼筋混凝土框架結構，其抗震等級為7級（0.15g）,Ⅱ類場地，層高3.3m，總高度13.2m。柱尺寸為600mm×600mm，梁尺寸為400mm×600mm，跨度為7200mm，受力鋼筋為HRB400，C30混凝土。

2.2 整體模型分析

研究表明，節點區的剛度對結構體系的受力性能有直接的影響[6]，本文通過改變梁中間搭接梁的剛度建立不同的裝配式結構體系，分別為Ex（現澆體系），0.8Ex，0.6Ex，0.4Ex。模型平面及剛度折減區分布如圖4所示。

圖4 結構平面及節點剛度折減分布

利用有限元分析與設計軟件SATEW對4種結構體系分析計算，得到結構體系自振周期和最大層間位移角，如表1，2所示。結果表明：新型節點體系自振周期比現澆體系要大，總體上看4種結構體系之間自振周期差別不大，說明裝配式體系與現澆體系相似；隨著節點區剛度不斷折減，結構層間位移角變大，符合結構設計要求。

表1 結構體系自振周期

表2 最大層間位移角

節點連接處是裝配式結構最薄弱的環節，應給予足夠的重視。對于節點的連接，給出以下建議：柱主要承受壓力，安裝時應保證柱連接處幾何中心一致，防止柱承受過大偏心力而發生破壞；梁連接處外圍采用鋼板焊接，節點類似于鋼箱梁，為保證節點取得剛度要求，可按等剛度原則計算貼焊鋼板的厚度。

3 結語

1）本文提出的節點形式將連接位置分別移動至柱段1/2和梁段1/3處，避開受力復雜的梁柱節點核心區，增加裝配式混凝土結構的整體性，改善結構的受力性能，使結構體系受力更加合理。

2）節點連接方式采用植筋技術和預埋鋼件焊接，施工時操作簡單，無需現場濕作業，可大大提高施工效率。雖然節點存在異形，給工廠預制帶來一定困難，隨著建筑工業化的發展和工廠預制工藝的提高，節點異形問題勢必得到有效解決。

3）通過模型分析可知節點區剛度的折減增大了結構的自振周期和最大層間位移角，建議按剛度等效原理，適當提高預埋角鋼和外圍鋼板尺寸提高節點區剛度，對節點進行強度和剛度的雙重控制。

參考文獻：

[1]柳旭東，王東輝，劉帥，等.裝配式梁柱邊節點抗震性能試驗研究[J].建筑結構，2016，46（10）：87-90.

[2]李向民，高潤東，許清風.預制裝配式混凝土框架高效延性節點試驗研究[J].中南大學學報（自然科學版），2013，44（8）：3453-3463.

[3]宋玉普，王軍，范國璽，等.預制裝配式框架結構梁柱節點力學性能試驗研究[J].大連理工大學學報，2014，54（4）：438-444.

[4]高林，劉英利，張嘯馳，等.預制裝配框架結構灌漿套筒式節點試驗研究[J].世界地震工程，2016，32（1）：75-80.

[5]張瀑，魯兆紅，淡浩.汶川地震中預制裝配整體結構的震害調查分析[J].四川建筑科學研究，2010，36（3）：129-133.

[6]劉菲菲，于德湖，張紀剛.裝配式混凝土框架結構新型節點設計及分析[J].青島理工大學學報，2015，36（1）：118-124.