框架結構在裝配式混凝土中的應用實踐

陸永慧

（南京市建筑設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210000）

1 框架結構連接優點

預制構件通常采用干連接及濕連接方法，濕連接一般通過預制的梁、柱及T 型構件，可通過設計理念結合二次澆筑將整體框架結構有效連接，此種連接方法需要現場進行現澆混凝土，并對于混凝土實施養護，其成本及施工速度存在差異。干連接在連接過程中一般不利用現澆混凝土，通常采用延性拉桿、預與牛腿式連接方法進行預制構件連接，避免二次澆筑，有效幫助施工團隊縮短工期。

2 框架結構連接分析

對于以往大地震相關自然災害進行研究，其中發現有部分為遭到嚴重破壞的裝配式建筑物。柱構件及預制梁破壞程度較低。其被破壞的重要原因為框架結構內部分構件連接遭到破壞。因此，預制構件中的節點通常為裝配式結構中的缺點，同時，其能夠實現裝配式結構抗震中的整體及重點抗震基礎。近幾年，國內外學者進行裝配式混凝土構架結構實現研究，其中對于節點性能及構件研究方向較多。

2.1 節點性能及構件性能

裝配式混凝土中的部分結構以及干式連接節點應用延性桿、混合、預應力筋、牛腿等連接方式。

1.預應力筋連接方法：預應力筋連接一般為提前在預制梁、預制柱的構架中保留孔道，并在現場安裝時通過應力筋經過孔道實施用力牽拉，并有效實現梁柱間的接縫封存，封存方法為灌漿法。

2.混合連接方式：普通鋼筋的耗能能力相比于預應力筋更高。因此，預應力節點上能夠有效避免進行普通鋼筋添加，使其耗能能力提高，因此，可以稱作為混合連接，為有效提高耗能，應對于節點上實施阻尼器增設，或進行安裝耗能能力較高的相關設備。但增加的耗能設備需要具備較高的安全度，同時，施工過程簡便、成本較低并能夠實現有效維護、具備較強的實用性等優點才能得以有效推廣。

3.延展桿連接方式：延展桿連接主要為預制梁端頂部及底部，將其中部分混凝土消除，在梁端實施預埋連接塊，同時預埋塊能夠與高強度鋼筋成為一個整體，對于連接實施有效固定，同時應注重延性桿預埋，應用螺栓末端可以設置具備橡膠的墊板，使節點的變形能力增強，但對于橡膠厚度應進行合理選擇。

4.牛腿式連接方法：牛腿式連接由于具備空間占據面積較大，對建筑美觀產生影響，因此一般在工業建筑中使用。

5.新型連接方法：近幾年，相關研究學者中提出新型的混凝土裝配式框架結構干式連接節點方法。

2.2 整體性及結構性研究

對于框架三層預壓中裝配式預應力混凝土框架實現擬靜力及擬動力實驗，其中對預壓裝配式框架的滯回性能、耗能能力、承載能力、動力特征、截面特征、抗震性能等進行分析，應用有限元件進行試驗框架分析，并對其實施彈性動力及靜力彈塑性分析，有效探究實驗框架的抗震功效。同時，通過預壓裝配式混凝土框架拆除構件方法及拉結法數值進行模擬分析，并對于預壓裝配式框架的倒塌及連續倒塌抵抗能力進行探討、分析及實驗研究。榀二層二跨預制裝配式預應力混凝土框架在擬靜力及擬動力實驗當中的效果進行分析，其中發現框架屈服過程中殘余變形較小，卸載后能夠實現變形恢復，預壓裝配式結構恢復能力較強，應用程序模擬靜力實驗可獲得框架住極限荷載能力。

3 框架結構在裝配式混凝土中的應用

3.1 預應力筋連接應用

相關人員研究發現，對于無粘連后張預應力節點進行分析，其中發現，在這些節點出現大變形后其剛度及強度均減弱，存在的殘余變形較小，因此，這種節點具備較強的復原能力。同時，由于應力具備一定的約束效果，對于節點區抗剪極其有力，能夠有效降低區箍筋的施工用量，同時其耗能性能與現澆灌混凝土節點存在差異，同時，相關研究人員對于預應力拼接節點、現澆節點均進行反復加載，實驗研究中發現，預制節點的位移系數遠高于現澆節點。應力節點的破壞性會導致預應力筋受限，預制柱及預制梁的連接部位出現較大縫隙，梁端混凝土被壓碎，由于其中的預應力鋼筋位置裂縫寬度會不斷增大，其破壞過程中預制節點的累積耗能主要表現為現澆節點的8/10 左右。反復進行無粘結預應力裝配式混凝土框架節點試驗，其中發現，此類預應力裝配式混凝土框架節點抗震性能更強，具備較強的恢復能力及延展性[1]。

3.2 混合連接應用

相關研究人員對于裝配式混凝土框架混合連接情況實施抗震性能分析，并利用彈塑性靜力分析及動力分析方法實施有效模擬，其中發現，無粘結預應力裝配式混凝土當中融入非預應力筋能夠構成全新的連接方法，并對于混合連接裝配式混凝土框架節點試件進行反復加載，裝配式混凝土混合連接的框架節點的耗能能力近似于現澆混凝土節點，但其延展性、恢復能力均優于整體現澆混凝土節點，二者在整體現澆混凝節點、綜合抗震性能之間同樣存在顯著差異。同時研究中發現，采用附加阻尼器預應力裝配式框架節點、現澆鋼筋混凝土框架節點進行有效實驗，阻尼器預應力裝配式框架節點的耗能能力明顯更強。同時，其存在較強的變形恢復能力，整體抗震效果更為顯著，在抗震設防地區應用價值較高。

3.3 延展桿連接應用

近幾年，相關研究人員提出一類延性節點，此節點的結構構造原理為梁端上下表面均去掉部分混凝土，梁上下出現高強鋼筋，能夠與梁端部預埋連接塊共同構成一個整體，同時，預埋延性桿的兩端存在杯狀端點，設置絲扣能夠通過高強度梁端及螺栓實現預埋連接，此結構能夠在地震時有效實現塑形及變形。在此過程中，會對于其中能量進行消耗，有效避免對其結構產生損壞。同時實施延性連接節點加載試驗過程中，可驗證節點的抗震性能。相關人員對于四個原形足尺的試件進行研究，其中發現新型裝配式混凝土框架的原形節點一般對其實現反復加載試驗。其中實驗結果驗證此節點抗震性能優。此節點的承載能力相比于現澆節點更高，更加符合設計需要。通過進行節點核心處的預埋低屈服并進行延性連接桿實施有效固定，節點位移延性系數均高于現階段的節點，能夠有效改善其延性。在此過程中，梁柱能夠有效保持良好彈性，同時，連桿能夠進行塑性變形，有效滿足其延性連接需求。加載后期節點核心區會產生增大變形情況，通過有限元軟件實現分析，其中發現，箍筋加密后可對于剪切變形實施抵抗[2]。

3.4 牛腿式連接應用

相關人員實驗研究帶牛腿后、無牛腿后澆整體節點，可以看出無牛腿節點的耗能及延性相比于帶牛腿節點更具備優勢，實施試驗研究裝配式抗震框架摩擦滑移節點以及摩擦滑移機理試件中牛腿與梁柱之間能夠有效實現互嵌式接頭，直接實現傳力構造構建，在研究過程沒有發生性能蛻化；非線彈性反應機理試件會產生出位移角，3%表現出非彈性特征，同時具備較小的參與位移，耗能較低，能夠有效提供間接傳遞途徑節點連接構造，實驗過程中沒有出現性能改變，層間位移相對較低，能夠促進節點之間的接傳力提高會使節點柔性增加。因此，設計過程中應重點關注預制構件之間的尺寸，使整體連接效果更加理想。

3.5 新型連接應用

相關研究學者提出裝配式混凝土結構梁柱節點存在新型聯系方法，可由預制梁柱與螺栓節點、預制梁中的預埋件共同組建，此種新型裝配式方法與傳統交接點相比，耗能能力較強，能夠有效實現施工成本節約。在干連接方式中結合受力的能力相對較差，其控制性能存在缺陷，因此，環形彈簧結構可進行連接，對于其受力進行試驗及分析，為施工當中梁柱干連接提供新型連接方式，預制裝配式混凝土框架結構的梁柱節點施工難度較大，因此，可通過實施新型預制裝配式混凝土框架結構進行減震連接，利用消能減震方式并結合現澆框架實現數值進行全面分析，其中發現，消防器可根據不同參數對于體系抗震性能進行探究，金屬消能減震連接體系的抗震性能相比現澆框架體系抗震性能更有優勢，會由于阻尼器高度以及翼緣板厚度提升而增加腹板厚度，能夠避免對于結構抗震性能產生影響，同時能夠針對不同強度材料進行有效抗震。

4 國內外裝配式混凝土框架結構研究成果

框架結構研究通常為單獨節點研究，沒有對于整體結構設計之間進行充分考量，一般就節點而討論節點，節點屬于整體預制裝配式混凝土結構研究中的重要關鍵點，關系到整個結構體系，但結構整體設計具備較強的意義，需要實現整體性能研究。同時，不斷實施裝配式混凝土框架結構及連接節點整體研究能夠對于裝配式混凝土框架結構干式連接點的抗震性能進行分析，研究過程中更加注重延性、剛性及節點強度。同時，對于整體結構研究過程中更加側重框架的承載能力，潔面延性、滯回性能、動力特征、耗能能力等。在結構減震隔震技術方面需要深入研究，將結構和正減震技術不斷應用在配裝式混凝土當中，能夠有效實現抗震性能預防。

5 結語

總而言之，本文從裝配式混凝土框架結構連接節點及整體結構研究方向，對于裝配式混凝土框架結構及連接節點的國內發展情況進行分析，提出裝配式混凝土結構節點的后續研究方向，對于減震隔震技術、施工節點性能有效檢測方面進行闡述，為后續裝配式混凝土框架結構發展方向提供參考，促進施工企業不斷發展。