預(yù)制裝配式混凝土梁柱節(jié)點連接類型及研究現(xiàn)狀★

曹思琦 周雁玲 劉嘉琪 董 政

(揚州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127)

1 概述

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的建筑減少了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的時間，建筑的速度有所加快，并且由于預(yù)制裝配式構(gòu)件都可以在工廠進行制作，裝配的工序都有嚴格的要求，所以能夠確保房屋的質(zhì)量[1]。節(jié)點作為預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，對于整個結(jié)構(gòu)都有重要的意義，對于保證預(yù)制裝配式混凝土的質(zhì)量十分重要[2]。因此，本文對預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點進行研究，了解節(jié)點的連接方式和現(xiàn)狀，對于開發(fā)設(shè)計新的節(jié)點結(jié)構(gòu)具有一定的借鑒[3]。

2 梁柱節(jié)點的連接分類

預(yù)制裝配式混凝土的節(jié)點分類目前可以分為干連接和濕連接兩種類型，濕連接就是指在節(jié)點內(nèi)現(xiàn)澆混凝土使得各個預(yù)制構(gòu)件連接在一起。干連接指在連接點預(yù)制鋼筋，然后通過焊接的方式連接在一起[4]。

2.1 濕連接

濕連接首先用少量的腳手架支撐住預(yù)制梁，將預(yù)制板安裝在預(yù)制梁的上方，然后將預(yù)制柱安裝到位，將預(yù)制梁和預(yù)制柱疊合的層面以及節(jié)點的核心處布置一些鋼筋，再現(xiàn)澆混凝土。濕連接的方法只需要少量的腳手架固定住預(yù)制梁，不需要大量的腳手架以及現(xiàn)場模板，減少了現(xiàn)場施工的成本和造價。但是需要在預(yù)制梁和預(yù)制柱的節(jié)點中捆扎鋼筋，過度的鋼筋捆扎會使得混凝土在澆筑的過程中出現(xiàn)澆筑不嚴實的現(xiàn)象，影響預(yù)制裝配混凝土的整體質(zhì)量，影響整體結(jié)構(gòu)的安全性。

2.2 干連接

干連接的方式相對于濕連接的節(jié)點連接更加多樣化，可以分為托座式梁柱連接節(jié)點，直接擱置連接節(jié)點，螺紋連接以及插筋連接[5]。

1)托座式梁柱連接節(jié)點。

這種連接方式主要是憑借托座的可靠性進行連接。這種方式根據(jù)托座的可靠性可以分為三種。第一種是明托座式梁柱連接節(jié)點。這種方式目前在預(yù)制鋼筋混凝土應(yīng)用比較多，主要是這種方式的承載能力大，節(jié)點的剛性比較好，能夠提供良好的結(jié)構(gòu)效能，但是這種連接方式的托座占用面積較大，節(jié)點的美觀度比較低。第二種是暗藏式混凝土托座式梁柱連接節(jié)點。這種方式下將預(yù)制柱的托座做成了既美觀又不占用空間的暗托座，在對于美觀要求比較高的建筑中比較常用。但是因為在制作的過程中托座的高度要設(shè)計成為與梁同高，所以在節(jié)點承載力的設(shè)計方面還存在一定的問題，節(jié)點連接的局限性比較大。第三種是暗藏式鋼托座式梁柱連接節(jié)點。這種連接方式是為了改善之前使用的暗藏混凝土托座中承載力不足的問題，在保證節(jié)點美觀的情況下提升節(jié)點的承載力，改善混凝土托座的局限。

2)直接擱置柱頂式連接節(jié)點。

這種就是直接將預(yù)制梁放置在預(yù)制柱的頂端，通過焊接或者插筋的方式促使梁柱連接起來。這種連接方式在制作的過程中是直接連接的，連接的工序比較少并且比較簡單，所以在工程施工過程中的造價較少。但是由于其制作比較簡單，沒有設(shè)置專門的托座，所以節(jié)點連接的整體性比較差，在工程建筑的使用中只能夠用于一些比較次要的構(gòu)件。

3)其他連接方式。

梁柱節(jié)點的連接除了托座式的連接以及直接擱置式的連接，還有螺紋連接，焊接以及插筋等方式。預(yù)制裝配式混凝土采用焊接的方式主要是為了避免采用傳統(tǒng)濕連接方式中的現(xiàn)澆之后需要對混凝土進行養(yǎng)護以及灌漿，這樣有利于縮短制作的整體周期。但是焊接在塑性方面的設(shè)置較少，所以焊接的節(jié)點在使用的過程中容易發(fā)生脆性破壞，在后續(xù)中要注意防止脆性破壞。預(yù)制裝配式混凝土采取螺紋連接的方式主要是安裝十分方便快捷，操作的難度較低。但是螺紋連接對于后續(xù)預(yù)制配件的精度要求十分高，并且在整體安裝，運輸?shù)冗^程中必須十分小心，如果出現(xiàn)了破壞，其維修的難度十分高。預(yù)制裝配式混凝土采用剛性連接能夠使得各個構(gòu)件連接成為一個整體，節(jié)點能夠既傳遞剪力又傳遞彎矩，更加有利于提高預(yù)制裝配式安全性以及穩(wěn)定性。

3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2005年，Kormaz[6]對一種新型裝配式混凝土梁柱節(jié)點展開研究，節(jié)點的懸臂梁從柱邊外伸，預(yù)制梁和懸臂梁的頂?shù)卒摻钸M行焊接，最后澆筑現(xiàn)澆段混凝土。結(jié)果表明，和傳統(tǒng)混凝土節(jié)點比較，新型節(jié)點的強度與剛度均有較大提高。

2006年，Ertas[7]對五組預(yù)制混凝土梁柱節(jié)點進行了低周往復(fù)荷載試驗，分析焊接連接節(jié)點與螺栓連接節(jié)點抗震性能的差異。試驗結(jié)果表明，預(yù)制混凝土節(jié)點具備較為良好的抗震性能，焊接連接節(jié)點的層間位移較小，螺栓連接節(jié)點的延性及耗能能力更好。

2008年，Kulkarni[8]等提出了一種新型裝配式梁柱混凝土節(jié)點，對其開展荷載試驗研究。該節(jié)點在梁柱中預(yù)埋角鋼連接板，采用螺栓連接的連接方式。并通過有限元軟件和WK939程序?qū)?jié)點進行模擬，研究梁端縱筋、軸壓比、連接板厚度等因素對節(jié)點抗震性能的影響，節(jié)點如圖1所示。

2012年，郭彤等[9]提出了一種腹板摩擦式自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點，制作了14組構(gòu)件，進行低周往復(fù)加載試驗。通過槽鋼與鋼套相對位移產(chǎn)生的摩擦進行結(jié)構(gòu)耗能。試驗結(jié)果表明，試驗結(jié)束后，主要的混凝土構(gòu)件仍然處于彈性狀態(tài)，具有卓越的耗能能力與滯回性能。螺栓預(yù)應(yīng)力對于節(jié)點的耗能有很大的影響，提高摩擦力能夠有效地增強節(jié)點的耗能能力，節(jié)點如圖2所示。

孟少平課題組[10-12]對利用頂?shù)捉卿摵哪艿念A(yù)應(yīng)力裝配式節(jié)點(PTED節(jié)點)進行研究。試驗結(jié)果表明，節(jié)點具有很強的自復(fù)位能力和耗能能力，破壞發(fā)生在連接處，結(jié)構(gòu)主體損傷較小。節(jié)點的承載力隨梁高、初始預(yù)應(yīng)力、角鋼厚度和長度的增加而提高。

2018年，俞忠[13]設(shè)計了一種裝配式鋼骨接頭鋼筋混凝土節(jié)點，梁柱內(nèi)部預(yù)埋鋼骨，通過螺栓連接的方式完成節(jié)點的組裝。研究結(jié)果表明裝配式鋼骨接頭鋼筋混凝土節(jié)點具有良好的抗震性能。

4 結(jié)語

通過對預(yù)制混凝土連接節(jié)點分類研究，指出當(dāng)前預(yù)制混凝土連接節(jié)點相對于傳統(tǒng)的建筑降低了施工的成本，優(yōu)化了施工組織的設(shè)計，對于建筑工業(yè)化進程的發(fā)展具有重要意義，是未來建筑業(yè)發(fā)展的重要趨勢。而節(jié)點作為預(yù)制裝配式混凝土的關(guān)鍵，目前連接的方式多種多樣，但是在連接的過程中還是存在多種多樣的問題，并且目前我國對于預(yù)制裝配式混凝土節(jié)點連接沒有全面，成熟的分類，還需要施工人員以及研究人員更加深入的研究梁柱節(jié)點，完善梁柱的節(jié)點連接方式。