裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)抗震性能研究綜述

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 嘉興 314036）

0 引言

近年來，隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)澆方式已經(jīng)不能完全適應(yīng)社會的發(fā)展需要，建筑行業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，逐漸向技術(shù)化、節(jié)能化以及無污染方向發(fā)展。裝配式建筑憑借減少施工污染、節(jié)約能源、提升勞動生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)，裝配式建筑得到大力發(fā)展。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)區(qū)域是其薄弱部位，節(jié)點(diǎn)的連接技術(shù)將直接影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性，決定著裝配式建筑的進(jìn)展程度，因此，研究裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的抗震性能成為裝配式框架結(jié)構(gòu)的重中之重。

1 裝配式混凝土節(jié)點(diǎn)連接方式概述

1.1 套筒灌漿連接

套筒灌漿連接技術(shù)是指帶肋鋼筋插入內(nèi)腔為凹凸表面的灌漿套筒，通過灌漿孔向套筒內(nèi)灌注專用高強(qiáng)灌漿料，灌漿料填充內(nèi)部間隙，灌漿料凝固后將鋼筋與套筒連接結(jié)合為一有機(jī)整體。

1.2 漿錨搭接連接

漿錨連接技術(shù)是指將預(yù)留構(gòu)件后插入鋼筋部分增設(shè)的預(yù)留孔道，鋼筋插入孔道后，并注入灌漿料達(dá)到鋼筋搭接連接，搭接鋼筋外圈的混凝土可用螺旋鋼筋加強(qiáng)，混凝士受到約束，從而使得鋼筋搭接可靠。

1.3 預(yù)應(yīng)力連接

預(yù)應(yīng)力連接技術(shù)是指在預(yù)制構(gòu)件在預(yù)制階段時(shí)預(yù)留孔洞，現(xiàn)場施工時(shí)將張拉后的預(yù)應(yīng)力筋穿過孔道，預(yù)應(yīng)力筋將各個預(yù)制構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處牢牢的連接在一起，并在拼縫處采用灌漿料填實(shí)，從而形成整體。

1.4 螺栓連接

螺栓連接技術(shù)是指在預(yù)制構(gòu)件中預(yù)先埋設(shè)螺栓，構(gòu)件運(yùn)送至施工現(xiàn)場后，通過螺栓將構(gòu)件錨固連接成一整體，通過摩擦使構(gòu)件滿足承載能力的要求標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 焊接連接

焊接連接技術(shù)是指在施工現(xiàn)場通過加熱、加壓等作用，實(shí)現(xiàn)部件連接成建造時(shí)需要的結(jié)構(gòu)方式。焊接連接方式對施工人員的焊接技術(shù)具有較高的要求，不然連接節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量難以得到保證。

1.6 牛腿連接

牛腿連接技術(shù)是指通過鋼筋與連接的機(jī)械咬合作用向其他部件傳遞豎向力，提高連接點(diǎn)的承載力，從而保證裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性和抗震性，因此牛腿連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高、施工便捷，在預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用相當(dāng)普遍。

2 國內(nèi)外裝配式節(jié)點(diǎn)抗震研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2006年，董挺峰、李振寶[1]對無粘接預(yù)應(yīng)力裝配式節(jié)點(diǎn)的變形恢復(fù)能力進(jìn)行試驗(yàn)研究，證明無粘接預(yù)應(yīng)力裝配式節(jié)點(diǎn)具有良好的抗震性能，且變形恢復(fù)能力極強(qiáng)。

2007年，李賢[2]等通過設(shè)計(jì)2 個足尺端板高強(qiáng)螺栓連接的狗骨式削弱鋼梁-鋼筋混凝土柱節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行偽靜力試驗(yàn)來研究其抗震性能和破壞形態(tài)，試驗(yàn)表明該節(jié)點(diǎn)的變形能力和耗能能力較高，具有較好的延性和抗震性能。

2008年，呂西林、范力[3]等人對混凝土節(jié)點(diǎn)中的焊接部位開展試驗(yàn)研究，試驗(yàn)過程中梁柱間未產(chǎn)生滑移。同時(shí)對螺栓連接的預(yù)制式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擬動力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)滯回曲線飽滿，具有良好的抗震性能。

2009年，羅昱[4]對“狗骨式”節(jié)點(diǎn)在鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)中的抗震性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，證明“狗骨式”節(jié)點(diǎn)符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的設(shè)計(jì)原則，以在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

2010年，王文明[5]等人采用足尺模型試驗(yàn)方法對裝配式混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)梁柱疊合板邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件與現(xiàn)澆結(jié)點(diǎn)相比，破壞時(shí)裂縫寬度較大，但滯回曲線形狀相似。

2011年，柳炳康[6]等人采用低周數(shù)據(jù)試驗(yàn)的方式對兩層的預(yù)制式混凝土進(jìn)行研究，預(yù)應(yīng)力裝配式框架可實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的破壞模式，為今后預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法提供參考。

2012年，孫曉陽[7]等人選取了預(yù)制全裝配式框架結(jié)構(gòu)中三處節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明由于預(yù)制構(gòu)件自身存在的一些缺陷，裝配式節(jié)點(diǎn)的整體抗震性能和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比具有一定的差距。

2013年，張大長[8]等人對采用兩種不同施工方法的現(xiàn)澆預(yù)制裝配式鋼筋混凝土T 型邊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周反復(fù)試驗(yàn)，研究表明新型裝配式T 型節(jié)點(diǎn)抗震性能與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)幾乎一致,能夠滿足裝配式框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求。

2014年，張愛林[9]提出一種新型的裝配式方鋼管柱桁架梁節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，搜集分析了節(jié)點(diǎn)剛度、強(qiáng)度、延性等性能指標(biāo)。

2015年，程蓓[10]等人將螺栓、預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)以及梁中預(yù)埋型鋼構(gòu)件連接為一體提出一種新型節(jié)點(diǎn)并開展試驗(yàn)研究，試驗(yàn)得到節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài)、滯回曲線、骨架曲線、延性等相關(guān)參數(shù)，建議改變套筒連接的位置以提高裝配式節(jié)點(diǎn)的抗震性能。

2016年，伏煥昌[11]等人采用數(shù)值模擬技術(shù)，將采用了金屬消能器的梁柱節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析相比，發(fā)現(xiàn)裝有金屬消能器的梁柱節(jié)點(diǎn)具有加強(qiáng)的抗震性能。

2017年，于建兵、郭正興[12]等人提出了一種新型鋼絞線錨入式預(yù)制框架節(jié)點(diǎn)，將附加鋼筋在節(jié)點(diǎn)周圍設(shè)置可以極大改善裝配式結(jié)構(gòu)的極限承載能力和變形能力，滿足抗震規(guī)范的要求。

2018年，黃朗等[13]對3 個套筒灌漿連接和3 個螺栓連接預(yù)制混凝土柱開展低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)表明套筒連接節(jié)點(diǎn)的承載能力、延性、耗能能力要優(yōu)越于螺栓連接節(jié)點(diǎn)。

2019年，王靜峰[14]等人裝配式圓中空夾層鋼管混凝土組合框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能和破壞機(jī)理進(jìn)行進(jìn)行了4 個中柱節(jié)點(diǎn)的水平低周反復(fù)加載試驗(yàn)。

郭海山[15]等提出了一種新型后張無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行了低周往復(fù)荷載作用下梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，研究表明新型后張無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的自復(fù)位能力較好，損傷程度更低，抗震性能滿足要求。

2.2 國外研究現(xiàn)狀

1993年，Priestley[16]對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點(diǎn)開展研究分析，在產(chǎn)生較大變形的情況下，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點(diǎn)具有良好的復(fù)位能力。

1995年，LOO,Y.C[17]對帶牛腿后澆式節(jié)點(diǎn)、不帶牛腿后澆式節(jié)點(diǎn)及現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果證明，帶牛腿節(jié)點(diǎn)的抗震性能優(yōu)于不帶牛腿節(jié)點(diǎn)，且兩種節(jié)點(diǎn)的延性強(qiáng)度高于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。

1999年，EL-SHEIKH M T[18]對后張無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力預(yù)制框架與混合預(yù)制框架的抗震性能開展了相關(guān)理論研究，給出了相關(guān)設(shè)計(jì)方法的建議，設(shè)計(jì)良好的后張無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力預(yù)制框架具有較好的抗震性能。

2005年，Blandon[19]等人采用二分之一縮尺的方式對兩層預(yù)制混凝土框架進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并開展了相關(guān)數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善之后可大大提高其抗震能力。

2006年，Ertas[20]等人對疊合現(xiàn)澆連接、復(fù)合焊接連接及螺栓連接形式的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)螺栓節(jié)點(diǎn)對于增強(qiáng)和改善混凝土的抗震能力具有很大的幫助，綜合對比各節(jié)點(diǎn)抗震耗能能力等情況，螺栓連接節(jié)點(diǎn)可運(yùn)用于高地震區(qū)。

Riva[21]在低周反復(fù)荷載作用下對套筒灌漿連接試件與杯型基礎(chǔ)連接試件開展研究,研究發(fā)現(xiàn)兩種節(jié)點(diǎn)的抗震性能相關(guān)參數(shù)大體一致，但破壞形態(tài)不同。

2008年，Amaris[22]提出了一種拉壓屈服耗能連接件，該連接件是通過將耗能連桿放置在試件外部，運(yùn)用熔斷機(jī)制進(jìn)行耗能。但是由于軸力傳遞不夠直接及耗能連桿的約束不足，轉(zhuǎn)換塊容易出現(xiàn)錨固失效的情況，該連接件的耗能連桿只允許采用較小的截面尺寸。

2009年，Mustafa[23]等人采用數(shù)值模擬方式與試驗(yàn)方式相結(jié)合對預(yù)制式混凝土連接方式進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)在初始剛度及強(qiáng)度等方面存在較大誤差。

2012年，LING[24]等人對使用灌漿套筒連接節(jié)點(diǎn)的試件進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)套筒內(nèi)徑的減小以及鋼筋埋入長度的增大對節(jié)點(diǎn)的承載能力有重要影響。

2013年，L.F.Maya[25]等人采用分階段的方法對含纖維的混凝土預(yù)制梁進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，研究表明：連接點(diǎn)的長度增大能提高預(yù)應(yīng)力件的承載能力；采用封閉箍筋的方式能提高混凝土的抗剪承載。

2017年,Girgin[26]提出一種由柱上牛腿與預(yù)制梁端底部縱筋焊接的鋼板搭接組成的新型節(jié)點(diǎn),并進(jìn)行試驗(yàn)研究,試驗(yàn)獲取了節(jié)點(diǎn)試件的強(qiáng)度、剛度、滯回曲線、耗能能力等相關(guān)指標(biāo)，并對該節(jié)點(diǎn)抗震性能進(jìn)行評價(jià)。

3 總結(jié)

1.目前，我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能的提高主要方法是通過改變節(jié)點(diǎn)的連接方式或改善連接點(diǎn)處的性能。

2.目前，我國裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的形式眾多，雖然裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)可以做到等同現(xiàn)澆，但真正做到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”抗震要求的較少。

3.目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能較好的連接節(jié)點(diǎn)都需要在施工進(jìn)行澆筑混凝土，不符合工業(yè)化發(fā)展方向。

4.我國對于裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接部位的設(shè)計(jì)理論研究基礎(chǔ)較為薄弱，缺乏相關(guān)配套的設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。