裝配式預應力混凝土框架結構試驗研究與應用

陳燕友

廣東理工學院（526100）

當前，我國大多數現有建筑物，尤其是住宅建筑物，主要是由新拌制的混凝土結構制成，然而，新拌制結構的低效率設計和高能耗具有許多局限性，使其逐漸難以適應建筑工業化的發展需求。裝配式房屋由于具有建筑效率高，整體質量好，能耗低，環境污染小等優點，正朝著建筑物工業化的發展方向。近年來，隨著國家政治的積極推動，以預制構件的生產和裝配體的建造為主要生產方式的建筑工業的發展迅速。

1 裝配式預應力混凝土框架結構

預制構件的連接技術是裝配式建筑發展的中心研究目標，按照連接方法的分類，預制混凝土零件可分為干式連接和濕式連接，濕連接需要在組件中注漿，然后組裝連接節點，現場注漿時，施工較為復雜，效率較低。干式連接通常使用預嵌入的連接器來完成，該連接器難以構造且精度要求很高[1]。在先前的地震災難之后，預制結構在地震中受到了嚴重破壞，難以獲得與現澆結構相同的抗震性能。預應力技術被引入到預制構件中，以提高預制混凝土框架節點的連接的可靠性，并達到或超過現場混凝土結構的抗震性能。預應力連接方法也是一種干連接，在制造過程中固定預應力孔，在施工過程中安裝預制部件，并通過張緊預應力筋將部件連接起來，預應力的摩擦片可改善結構的承載能力，同時提供連接效果，此外，預應力摩擦片的彈性恢復力可顯著提高結構變形后的恢復力，低殘留變形和自復位功能。

2 裝配式預應力混凝土框架結構抗震性能的試驗研究

2.1 全預應力連接節點的性能試驗研究

在連接點測試和勘測過程中，節點混凝土樣品在五個混凝土框架結構上進行了測試，試驗中的混凝土樣品強度為50 MPa。在測試過程中，根據測試臺MCJ-1 將整個混凝土澆鑄成混凝土接縫。同時，有四個連接是由完全預應力，非粘接預應力和預制混凝土框架組成的，簡稱為PCJ-1-4，必須在設置過程中設置測試參數，要設置預應力鋼筋的偏心率參數，有效地固定混凝土框架梁和柱，并在框架梁的末端設置承重支架的參數等。

完全預應力連接點的設置是指預制混凝土框架結構中框架支架和框架柱的完全預應力連接。在完全預應力連接的連接過程中，預制混凝土梁和柱已經可以通過預應力穿透，預應力鋼桿結構，錨固將框架梁和框架柱壓在一起，并且框架梁承受的側向載荷是由框架梁之間的摩擦剪力引起的并將該列直接傳輸到框架列[2]。表1 中顯示了測試對象的詳細說明。

表1 試件描述

測試結果如下:首先，對全預應力連續樣品的滯回曲線，骨架曲線，變形恢復能力，剛度和位移進行了抗震性能的詳細研究，有了這些數據，就可以建立一個完全偏置的連接，即四重線狀的故障安全節點模型。其次，測試結果表明，全預應力的預制混凝土框架結構只有能耗較高，全預應力，組裝好的混凝土框架結構，具有獨特的強度，剛度和延展性，雖然可塑性和其他方面與傳統的普通鋼筋混凝土結構相同，但全預應力混凝土框架結構的性能更好。

2.2 裝配式預應力混凝土框架內節點的試驗

此測試中，選擇了混合粘接的預制混凝土框架中的六個節點進行試驗測試，并在重復載荷下進行了測試，通常情況下，混凝土樣品的強度為50 MPa，毫米鋼絞線必須放置在截面的中間。表2 中是測試中使用的測試片說明。

測試結果如下:首先，從滯回曲線，骨架曲線圖以及自身的變形恢復能力，剛度，位移應變，能量耗散能力等方面對提出的混合連接樣本的抗震性能進行更系統的調查和分析。在此基礎上，可以建立混合連接節點的折線圖恢復力模型。其次，從上述試驗研究可以看出，混合框架和裝配混凝土框架結構在能耗和強度上與普通鋼筋混凝土結構框架基本相同，當混凝土結構受到嚴重破壞時，其自身的剛度，延展性，變形恢復能力等方面要比普通鋼筋混凝土框架結構高得多。

2.3 主要結論

四個節點試件的縱向鋼筋的最大伸長率遠小于實際測量的屈服強度，這與試樣的設計要求相對應，兩種預制的預應力框架連接和現場測試的樣本的最終破壞模式是彎曲并形成梁的受損梁端可以充分開發鉸鏈和梁末端塑料鉸鏈的能量耗散機制。如果試件最終失效，在核心部區域會出現少量細裂紋和結的阻力，混凝土和箍筋仍具有剪切能力。

裝配式預應力中節點耗能能力略小于其現澆對比試件的能量消散能力，裝配式預應力邊連結點的耗能能力略高于現澆對比試件，裝配式預應力框架節點的耗能能力基本上對應于現澆對比試件。預應力使節點區域和梁的混凝土處于雙向應力狀態，從而有效地提高了節點核心區域的抗力及梁的抗裂和抗剪強度。

表2 試件的一般性描述

3 裝配式預應力混凝土框架結構的非線性理論的有效分析

在分析混合連接結構的非線性時，混凝土結構臨界區中全預應力連接鋼筋的抗拉強度與結構裂縫之間的關系應基于完全預應力混凝土連接結構的非線性分析。從理論上研究，有必要分析混凝土結構連桿未粘接區域中的預應力傳遞長度及混凝土結構和連桿橫截面的具體計算方法，基于這樣的情況，相關研究人員可以結合理論基礎來創建一種用于對預應力連接結構進行非線性分析的計算方法，特定測試值與研究的理論值之間的一致性更好。

4 裝配式預應力混凝土框架結構節點的抗震性能研究分析

為了有效地分析無黏接預應力裝配式結構節點的抗震性能分析，必須對無接結的直接組合混凝土結構和混合組合混凝土結構節點進行載荷試驗，首先，對4 個直接組合的預應力節點進行了試驗分析，即PCB1-PCB4 和3 種不同的混合節點，混合裝預應力預制混凝土結構節點HCB1-3 也包含一個現成的混凝土結構，MCB 節點是在試驗中使用現成混凝土節點的主要目的是進行比較研究。

無粘接預應力裝配節點的破壞條件不同于現場混凝土試樣的破壞條件，這通過對試樣的破壞程度來表明，前者主要集中在地板和混凝土梁的邊緣，混凝土梁的末端有裂縫，在正常情況下，試樣損壞的程度主要以混凝土達到臨界壓力時的膨脹力為特征，螺旋鋼筋可用于有效地將混凝土固定在混凝土梁的末端。因此，受測物體的損壞位置受到限制，并且外層在梁的末端受到混凝土的保護。

此外，應對未粘接的預應力混凝土組件連接樣本的相關抗震性能，滯回曲線的變化，連接間隙等進行詳細分析，從這些可以得出以下結論:①當直接組裝節點的初始應力降低時，裂紋載荷，屈服強度和最大載荷相應降低，但試樣的延展性提高，如果將預應力鋼筋偏心布置，則樣品的承載能力將會提高。②在混合裝配節點下，使用混合配置后，與普通鋼筋相比，試樣的能量消耗能力和負載能力得到了改善，此外，鋼棒的橫截面面積和強度直接影響樣品的承載能力和能耗。

5 結語

通過對預應力預制框架結構的抗震性能進行了研究和分析，并對預應力預制框架結構進行了定性和定量分析，可以得出以下結論:①裝配式預應力混凝土框架連接處最重要的抗震性能指標及其現場比較樣本基本相等，均可以滿足“強節點弱構件”的設計要求。②通過合理地改善預制梁-柱連接的連接形式及預制的主梁和次梁的連接形式，使組裝凝結變得容易，地板框架和框架剪力墻結構的預制構造更簡單，更高效，為這種建筑物的預制結構和建筑，積累了豐富的經驗。③這種裝配式的預應力框架結構在預制的框架-剪力墻結構的示范項目中使用，被使用并表現出良好的設計性能，并且可以在抗震地區推廣和使用[3]。