装配式混凝土框架节点基本性能研究进展

装配式混凝土框架节点基本性能研究进展

天津宏鑫混凝土有限公司天津300380

摘要:随着社会的发展,我国的建筑工程的发展也有了很大的进步。装配式建筑通过工厂标准化批量生产部件,工地拼装的模式创造建筑,显著地减少工地湿作业,在减少城市噪音和污染,提高生产效率方面有着显著的前景优势。近几年我国装配式建筑的发展得到政府的大力支持。然而从实施装配式的工地施工情况来看,传统的施工方式粗放,混凝土预制构件笨重,对准安装精度难以满足装配式建筑施工要求,从而施工效率不高。

关键词:装配式混凝土;框架节点;基本性能;研究进展

引言

为了解当前预制装配式混凝土框架节点的连接构造形式及其抗震性能,通过查阅大量的国内外参考资料,对预制装配式混凝土框架节点的最新研究进展情况进行了阐述,并对不同梁柱连接特点进行了分析与总结。基于此,提出一种新型模块化的预制装配式框架节点,该新型节点内力传递合理,受力机理明确,满足“强节点弱构件”的抗震设计原则,充分体现了节点可靠性对保证结构安全的重要意义。

1当前装配式钢筋混凝土框架结构的发展状况

自2013年国务院办公厅2013[1]号文件《绿色建筑行动方案》,明确将“推广建筑工业化,发展绿色建筑”列为重要任务以来我国装配式建筑得到快速发展,尤其是装配式剪力墙结构已经在高层建筑中有一定的发展,然而在普通多层建筑中发展却不尽如人意。普通多层建筑物传统的结构方案以框架为主。而框架结构做装配式存在以下难点:(1)做钢结构可以很好的实现装配式,但造价高;(2)做混凝土框架标准件数量不多,批量生产的产量不大,厂家难以盈利;(3)施工要求精度高,节点体积大,重量大,吊装就位难。虽然早在1992年我国就出版了《钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程》,但在为数不多的装配式框架结构项目中构件受力钢筋的连接对准依然困难,严重影响了施工进度。在这样的情况下,培养专业的施工班组,对框架结构中钢筋连接方式做改进,以提升容错率,提高装配效率,有助于加速装配式钢筋混凝土框架结构的发展。

2设计一种模块化的新型装配式框架节点

综上所述,国内外专家学者对不同装配式梁柱连接形式的研究已经取得了一些有益的成果,但仍存不足:后浇整体式连接节点具有等同现浇的效果,但因其后浇工序复杂,施工困难等原因,将进一步阻碍装配式建筑结构的发展;预应力拼接式节点往往需要现场的张拉、锚固甚至需要灌浆等湿作业工艺,操作复杂,不利于高效快速装配;牛腿式焊接或螺栓连接节点比现浇节点的承载能力及耗能特性略低,仅在工业厂房中应用较为广泛;延性杆或阻尼器连接节点对制作加工精度、材料属性以及施工工艺均要求较高,此外还受到安装位置的要求而有所限制;钢接头连接节点比传统现浇节点的抗震性能好,现场装配效率高,但目前所研究的钢接头主要是在预制钢筋混凝土框架节点内部、梁柱构件连接端部以预埋的形式存在,导致梁、柱构件整体性刚度不同,并且部分钢接头是在节点区内施工,导致施工复杂、难以保证施工质量,具有一定的局限性。基于以上问题,本研究首次提出一种模块化的预制装配式SRC柱-钢梁框架节点。该新型节点以节点模块化的形式实现与竖向SRC柱、水平向钢梁的连接;SRC柱竖向荷载、钢梁水平荷载分别通过高强螺栓、高强螺栓和焊接连接传递到节点模块。该节点模块设有耳板(加劲肋),不仅实现了与钢梁的灵活连接,而且也达到了节点模块自身的加固补强效果,提高了节点的抗剪承载力;其核心的钢管混凝土短柱以不会在竖向荷载作用下发生屈曲破坏为设计原则,且具有较高的抗压和抗剪承载力。

3装配式混凝土框架节点连接抗震性能研究

3.1后浇整体式节点

1995年,国外学者Resreepo等通过往复加载试验,对预制构件端部伸出直筋或带弯钩钢筋在节点区搭接锚固的后浇整体式框架节点进行研究,结果表明,该后浇节点承载力、延性及耗能能力良好,并最后给出此类节点的设计方法和构造建议。Loo,Y.C对带牛腿、不带牛腿的后浇式节点与现浇节点进行试验研究,结果表明,预制连接节点比现浇节点具有更高的延性强度,后浇整体式带牛腿节点的抗震性能优于不带牛腿后浇接点,但两者比现浇节点具有更高的耗能能力。2009年,润泰集团对柱箍筋采用五环螺旋箍,节点区采用一笔箍的“润泰节点”进行试验研究,预制柱间连接则采用套筒灌浆法进行拼装。试验结果表明,润泰节点的承载力和延性性能与现浇混凝土节点相近。2013年,南京工业大学张大长研究一种先预制U型梁外壳和口形柱外壳,之后在预制外壳内部配制钢筋,最后浇筑核心混凝土形成装配式T型节点。通过对比现浇节点,新型装配式节点具有良好的整体性和抗震性能,能够满足我国抗震设计规范的要求。

3.2预应力拼接式节点

20世纪90年代,美国国家标准与科学技术协会(NIST)开展一项关于新型预制钢筋混凝土梁柱节点的研究项目,该项目涉及其抗震能力、施工工艺及经济性等多个方面。其中,完成了10个预制的预应力拼接节点和4个现浇节点的抗震试验研究。结果表明,有黏结预应力节点耗能优于无黏结预应力节点。2006年,为研究不同键槽长度对预制预应力中节点抗震性能的影响,东南大学蔡建国,对3个不同键槽长度的中节点进行反复加载试验,结果表明:键槽长度长的节点的抗震性能指标优于长度短的节点。2012年,为确定预应力梁柱连接后对结构承载力的影响,设计了1个无预应力短悬臂梁和3个预应力短悬臂梁。试验研究得到层间位移值在0~4%之间。数值模拟分析了连接刚度和延性得到了结构承载能力。数值计算结果与试验结果吻合较好,结果表明,预应力短悬臂梁对结构体系承载力的贡献明显,且被认为是提高延性的有效途径。2016年,提出了一种PTHP节点,即后张无黏结混合装配式预应力混凝土框架,分别从不同角度对构件的抗震性能进行了分析。结果表明,与现浇结构相比,PTHP节点具有较好的承载力、刚度和延性耗能能力。2017年,一种新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点形式;一种由预制柱、预应力T形叠合梁和现浇节点核心区组成的新型节点;以上试验结果均表明,新型节点试件的滞回曲线饱满,抗震性能良好,均实现了“强节点弱构件”的设计目标。

4结语

(1)后浇整体式节点、预应力拼接节点的力学性能和抗震性能与现浇节点的性能水平相近,而成为目前常用的两种装配式等效节点形式。(2)焊接连接节点和螺栓连接节点属于干式连接形式,因其在施工现场可进行快速装配而缩短工期,提高效率,但其较现浇节点力学性能弱。(3)采用延性杆和延性阻尼器连接节点属于柔性连接,因其具有良好的延性性能和耗能能力而应予以重视,并应将其广泛应用到装配式钢结构、木结构及组合结构体系中。(4)型钢接头连接节点对增强节点整体性、强度及刚度是可行的。基于此,提出一种新型模块化SRC柱-钢梁-节点模块的组合框架节点,该新型节点满足“强节点弱构件”的抗震设计要求,这将为由SRC柱-钢梁-节点模块-闭口式压型组合楼板组成的新型预制装配式框架结构体系的研究奠定基础。

参考文献:

[1]孔亚美.钢筋混凝土装配式结构梁柱钢板桶节点受力性能研究[D].武汉:武汉理工大学,2014.

[2]郭子雄,朱奇云,刘阳,等.装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2012,33(7):98-105.

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