裝配式隔震結構隔震節點抗震性能研究

陳燕友

（廣東理工學院，廣東 肇慶 526100）

1 裝配式隔震結構抗震性能研究的意義

地震是一種危害性極大的自然災害。建筑是在地震災害中易受到損害，而地震對于高層建筑的影響更嚴重。裝配式隔震結構中的隔震節點是保證隔震性能的重要因素，因此對其研究具有十分重要的意義。

1）降低經濟損失 從唐山、汶川等地震中可以發現，地震會造成大量的建筑破損，進而產生十分嚴重的經濟損失，影響我國整體發展質量[1]。而抗震結構研究能夠提升建筑對于地震的抵抗能力，進而降低地震對于建筑的影響，減少地震造成的經濟損失。

2）保障人民生命財產安全 在發生地震時，高層建筑內部的人員沒有辦法及時撤離，在較為嚴重的地震中會造成大量的人員傷亡。對高層抗震結構研究，能夠提升建筑對于地震的抵抗力，進而降低民眾在地震災害中產生傷亡的概率。

3）推動我國抗震技術的進一步發展與完善 隨著我國經濟的不斷發展，對于抗震的重視程度也越來越高，近年來，我國對抗震技術研究投入了大量資金和精力。高層建筑裝配式隔震結構抗震性能研究，能夠在一定程度上促進我國抗震技術研究質量的提高，提升我國建筑的抗震能力。

2 技術研究現狀

2.1 裝配式建筑技術

我國預制裝配式混凝土建筑最早產生于1950年。到20世紀70年代末，北京的裝配式住宅建筑面積占比已經達到30%，而上海更是到達了50%。我國早期的裝配式住宅是學習蘇聯經驗，其在實際應用過程中存在著外墻板保溫隔熱性能差、滲漏嚴重等問題，因這些問題長期得不到解決，造成20世紀90年代初期我國大量的裝配式工廠停止生產。而在此期間，美、歐、日等國的裝配式住宅不斷發展，現已經形成較為成熟的技術規范，其建筑質量也較高。從總體來看，我國裝配式建筑的發展時間并不長，其發展質量也較低，并且由于我國長時間采取澆筑的施工方式，回避裝配式結構的技術問題，造成現階段我國對于裝配式結構的抗震減震研究水平較低，部分內容仍處于空白。

2.2 隔震減震技術

地震嚴重威脅人類生命財產安全，各國一直都十分重視對建筑抗震減震技術的研究。在傳統建筑中，我國是采用增大結構剛度的方式減輕地震對于建筑的影響。這種方式能夠在一定程度上消耗地震的能量，降低地震對建筑的影響，但一旦地震所帶來的壓力超過建筑本身的承受能力時，就會對建筑造成極大的破壞。

3 高層隔震結構隔震節點性能研究

3.1 節點連接方式

梁柱節點在實際應用過程中會受到上、下、水平等多個方向力的影響，其力的承受能力在極大程度上影響高層裝配式隔震結構的隔震性能，故而對其研究十分必要。我國現階段高層裝配式隔震結構設計常采用2種梁柱節點方案。

1）在節點設計過程中，需要預置其上柱與下柱，之后再進行混凝土澆筑（見圖1）。

圖1 梁柱節點連接方式1

2）將上下預柱整體預制成1根預制柱，并在節點處進行混凝土灌注（見圖2）。

圖2 梁柱節點連接方式2

3.2 材料力學性能檢驗

相同的混凝土材料在高層建筑梁柱節點中使用方式的不同，其在應用質量也存在一定的差異。以第2種梁柱節點連接方式為例判斷其在現澆時及裝配式建筑中的承受能力。根據相關的檢驗要求，主要是對混凝土在實際應用過程中的抗壓強度、軸心抗壓強度以及彈性模量3個性能進行檢驗[2]。

此次試驗選取的混凝土材料為強度等級為C60及C30混凝土，強度等級為C60的混凝土應用于框架柱的澆筑，而強度等級為C30的混凝土主要應用于梁。其力學性能如表1所示。

表1 現澆式與裝配式梁柱節點性能

在高層裝配式隔震結構抗震性能檢驗過程中，除了對梁柱節點的混凝土性能進行檢驗與分析外，還需要對其鋼筋性能進行檢驗與分析。鋼筋檢驗選取的鋼筋直徑分別為10，12，14，16mm，檢測結果如表2所示。

表2 鋼筋性能

3.3 試驗材料準備

試驗材料的質量在極大程度上影響研究數據的準確性。為保證研究數據的典型性與代表性，需要嚴格進行試驗材料的準備工作。試驗材料需要準備2份：預制裝配式梁柱節點和現澆式節點。按照上文所述，試驗材料制備選取的混凝土強度等級為C30及C60。裝配式梁柱節點以及現澆式梁柱節點規格保持一致，上主橫截面400mm×400mm、下主橫截面750mm×750mm、梁截面200mm×325mm。

3.4 試驗加載設計

加載試驗主要是通過反復的加載對梁柱節點在地震荷載作用下的抗震性能進行研究與分析，檢驗地震對基底的破壞程度及其恢復能力。

加載方法的合理性在一定程度上決定加載試驗結果的準確性。加載試驗常采用2種方法；柱端加載和梁端加載。本文研究選擇兩端反復加載。這種方法在實際應用中使用設備將柱部分進行固定，在梁兩端進行加壓。試驗開始之前，相關技術人員需要對設備的使用情況進行檢驗與分析，以保證設備在試驗過程中正常運行。

開始試驗時，需要在節點的兩端增加5kN的豎向荷載，并進行一次循環，以檢測設備試驗的準確性。在試驗過程中需要在柱端施加2 000kN的豎向荷載，保證檢測穩定性后，在梁的另一端同步增加對稱荷載，利用相同的加載量進行分級加載，并記錄數據。這種方法在理論上能夠獲得較為準確的試驗數據，但在實際應用過程中，由于梁截面配筋不對稱等情況，造成檢測過程中難以同時找到節點兩側的屈服荷載，對檢測數據產生一定的影響。故而在檢測過程中需要采取一定的方法判斷其屈服點，輔助檢測人員獲得更加準確的檢測數據。

1）檢測過程中，檢測人員可以通過對荷載變形曲線的觀察找出曲線中較為明顯的拐點，進而判斷其屈服點。

2）檢測人員可以通過監控受力鋼筋的應變情況確定屈服點，如檢測人員發現某控制截面上的受力鋼筋多數達到屈服應變，則證明其已經達到屈服點。

3.5 試驗結果

通過對現澆式節點及裝配式節點進行試驗發現，現澆式試件在外部壓力增加到35kN時產生斜向細小裂縫，其裂縫在后期呈現不規則發展，而在外部壓力增加到40kN時，即靠近節點附近的兩端時，底部會出現垂直狀裂縫，且隨著力度的增加，其裂縫不斷拓展與延伸。而裝配式節點在施加壓力達到55kN時，其梁與柱交接面的底部出現豎向裂縫，隨著力量的增加，其裂縫迅速發展。

4 結語

隨著高層建筑需求量迅速上升，我國對建筑質量的要求也不斷提升，近年來，隨著裝配式施工方式應用于高層建筑中，對于裝配式建筑中的抗震結構越來越重視，極大地提升了建筑效率與建筑質量。