纯干装配式混凝土节点性能研究综述

程东辉 田晔环 许鹏程

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



纯干装配式混凝土节点性能研究综述

程东辉 田晔环 许鹏程

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

阐述了纯干装配式混凝土结构的优点，并从预压装配式节点、混合装配式节点、后浇整体式节点以及新型节点等方面，分析了纯干装配式混凝土结构节点形式的优缺点，指出优化节点形式是今后预制装配式混凝土结构的发展方向。

混凝土结构，纯干法，装配式，节点形式

0 引言

2003年10月，“混凝土具有未来——在21世纪用混凝土预制构件进行建设”这一观点首次在第三届国际混凝土工厂大会中提出，并受到广泛关注。2000年3月，我国建筑混凝土预制构件可持续发展战略研讨会中同样指出“混凝土预制行业必将承担中国混凝土施工现代化的重任”[1]。由此可知，21世纪以来，建筑工业化发展将成为当前世界建筑技术发展趋势之一。

混凝土结构就其施工建造方式而言，可分为现浇混凝土结构和预制混凝土结构，而这两类混凝土结构的根本区别在于梁、板、柱等预制构件的节点连接形式。对于预制装配式混凝土结构，其受力薄弱环节在于节点，节点不同导致了整体结构性能的差异，影响预制装配式混凝土结构的发展。因此，深入研究预制混凝土结构的连接方式对建筑工业化的发展有着重要意义。

预制混凝土结构施工方法具有提高机械化水平、降低劳动强度、加快施工进度、无现场湿作业、减少建筑垃圾和施工噪声对环境的不良影响，有效节约资源和能源等优点，有利于环境保护[2]。

1 纯干装配式混凝土结构的优点

纯干法装配式混凝土结构的优点，相较于现浇式而言，如下：

1)产品质量好。构件在工厂预制，产品在强度、防水性、耐久性、密实度等方面均比施工现场现浇的混凝土构件质量有保障，同时工厂预制的混凝土构件造型丰富，尺寸、形状多种多样，更能满足建筑曲面多样性的要求。

2)生产效率高。装配式混凝土构件大多在工厂预制完成，再运到现场吊装、就位后装配成整体。不论是工厂预制或施工现场装配，多采用机械化、自动化的方式，而且现场混凝土湿作业少，大大减小了工人的劳动强度和现场混凝土的养护时间，施工周期缩短，对周围生活工作影响减小。

3)对环境影响小。构件在工厂预制时，可以严格控制废水排放和噪声污染，现场安装时不需要或只需要很少的湿作业，缩短了工期，对改善施工现场环境有利。周围自然环境污染减少，施工扰民现象得到改善。

2 纯干装配式混凝土的节点形式

2.1 预压装配式节点

合肥工业大学柳炳康等人[3-8]进行了预压装配式混凝土框架节点的一系列研究。梁柱均在工厂预制，为了方便装配及考虑受力形式，预制柱设置暗牛腿。梁柱预制时在相应部位预留预应力筋孔道，待框架安装就位将预应力筋穿过孔道，在缺口梁和暗牛腿处用环氧树脂砂浆拼接，并进行预应力筋张拉，达到设计强度完成预压作用，后进行孔道灌浆，形成框架整体。具体做法如图1所示。

研究结果表明：塑性铰首先出现在预压装配式预应力混凝土框架梁端，符合“强柱弱梁”的抗震要求。框架梁在反复的加载卸载过程中表现出了较强的变形恢复能力，残余变形也很小；滞回曲线丰满，耗能能力较好；梁端截面转动能力良好，适当进行弯矩调幅；装配式节点由于双向压力的存在，具有较大的刚度，同时对柱子的变形起到了限制作用，从而使其抗侧刚度得到提高；预应力筋的预压作用存在，使得结构变形恢复能力增加，震后修复能力得到提高。

由于梁端截面是由牛腿和缺口梁组成的组合截面，暗牛腿和缺口梁处配筋复杂，且仅依赖预应力筋承受弯矩，所以梁端截面破坏严重，优化梁端设计是今后研究的重点。

2.2 混合装配式节点

美国华盛顿大学的John Stanton等[9]、北京工业大学李振宝等[10]对混合装配节点进行了试验研究，具体形式见图2。梁柱均在工厂预制，在梁柱截面形心处预埋PVC管，后穿无粘结预应力筋，在梁上下边缘预埋波纹管，后穿非预应力钢筋。为限制压区混凝土变形，梁端设置螺栓箍筋。在梁柱节点处用水泥砂浆拼接，并向非预应力筋预留孔道灌浆，当水泥砂浆达到设计要求时张拉预应力筋，形成框架整体。

研究表明：混合装配节点作为直接装配节点的进化，后穿的普通钢筋在荷载作用下起到了重要的作用，通过自身的拉压屈服变形，来耗散能量，承担一部分荷载作用；无粘结预应力筋起到一定的预压作用，对框架梁、柱施加挤压力，提高框架节点的抗剪能力，承担框架结构的弯矩，提高结构的受弯承载力，提供弹性恢复力，抵抗水平荷载作用下的变形，使残余变形减小。混合装配节点耗能能力较低，但恢复能力强，残余变形和损伤、强度损失也较小，震后修复方便。

2.3 后浇整体式节点

我国制定的《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》中，给出了后浇整体式预制混凝土结构的连接方式，包括混凝土叠合板、混凝土叠合梁与预制混凝土楼梯连接。其中纵向钢筋连接包括焊接、机械连接、套筒连接等。

2.4 新型节点

随着预制装配式混凝土研究的逐渐深入，越来越多的新型节点连接形式被提出。

同济大学范力等[11]以预制装配式梁柱节点为研究对象，节点采用橡胶垫螺栓连接，通过后浇整体式节点与现浇节点对比，可知：橡胶垫螺栓连接的节点转动刚度小，弹性变形能力大，强度、延性和变形能力与其他两种节点相当，但刚度衰减较早且较快，耗能稍差。

广州大学吴从晓等[12]提出了一种新型预制装配式混凝土结构体系，其组成为预制装配式混凝土框架和扇形铅粘弹性阻尼器的组合，并进行了试验研究，结果表明：通过扇形铅粘弹性阻尼器的往复剪切变形参与节点的滞回耗能，该节点滞回曲线饱满，具有良好的耗能能力；明显提高了位移延性和节点承载力；扇形铅粘弹性阻尼器的存在，增强预制装配式梁柱节点的抗侧力和抗侧刚度，改变节点受力模式，使塑性铰区从梁端后浇区外移至预制梁与阻尼器连接外侧，实现了“强剪弱弯，强节点弱构件”的要求。

3 结语

根据以上几种预制装配式混凝土结构的节点连接方式，可以得到以下结论：

1)预压装配式节点的框架满足“强柱弱梁”的要求，耗能能力、变形恢复能力良好，可适当进行框架弯矩调幅。预压作用的存在有利于震后恢复。

2)无粘结预应力装配混凝土混合节点框架结构与普通钢筋混凝土现浇框架结构相比，在强度、刚度、延性等方面均相当，且混合节点框架有较强的变形恢复能力，震后残余变形小，抗剪性能优于普通混凝土框架。

3)现有节点的连接方式与现浇整体式混凝土结构相比均互有利弊，研发新的节点形式依然是今后纯干装配式混凝土结构的发展方向。

[1] 吴晓泉,闻德荣.我国混凝土行业空前发展的一年2003年技术经济指标简要分析[J].混凝土,2004(7):7-11.

[2] Bachmann H,Steinle A.Precast Concrete Structures[M].Berlin:Wiley-VCH,2011:3-5.

[3] 柳炳康,宋满荣,黄慎江,等.三层预压装配式预应力混凝土框架抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2011(9):99-106.

[4] 柳炳康,黄慎江,宋满荣,等.预压装配式预应力混凝土框架抗震性能试验研究[J].土木工程学报,2011(11):1-8.

[5] 柳炳康,田井锋,张瑜中,等.低周反复荷载下预压装配式PC框架延性性能和耗能能力[J].建筑结构学报,2007(3):74-81.

[6] 柳炳康,张瑜中,晋哲锋,等.预压装配式预应力混凝土框架接合部抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2005(2):60-65，116.

[7] 柳炳康,黄慎江,宋满荣,等.预制预应力混凝土装配整体式框架拟动力试验研究[J].地震工程与工程振动,2010(5):65-71.

[8] 杨晓波,柳炳康,黄慎江,等.二层二跨预压装配式混凝土框架节点的抗震性能研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2010(12):1830-1834.

[9] Staton John,William C Stone,Geraldine S Cheok.A Hybird Reinforced Precast Frame for Seismic Regions[J].PCI Journal,1997(2):20-32.

[10] 李振宝,董挺峰,闫维明,等.混合连接装配式框架内节点抗震性能研究[J].北京工业大学学报,2006(10):895-900.

[11] 范 力.装配式预制混凝土框架结构抗震性能研究[D].上海：同济大学,2007.

[12] 吴从晓,赖伟山,周 云,等.新型预制装配式消能减震混凝土框架节点抗震性能试验研究[J].土木工程学报,2015(9):23-30.

Overview on pure dry assembly-style concrete joint performance

Cheng Donghui Tian Yehuan Xu Pengcheng

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The article introduces merits of pure dry assembly-style concrete structure, and analyzes advantages and disadvantages of pure dry assembly-style concrete joint form from aspects of preloading assembly-style joint, composite assembly-style joint, post integral joint and new joint, and finally points out that:optimizing joint form will be the development trend of pre-loading assembly-style concrete structure in future.

concrete structure, pure dry method, assembly style, joint form

1009-6825(2016)24-0035-02

2016-06-17

程东辉(1971- )，男，教授； 田晔环(1991- )，女，在读硕士； 许鹏程(1994- )，男，在读本科生

TU375

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