新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)探討

舒 璐

舒 璐

身份證號(hào)碼：42900519****171338 浙江 杭州 310000

【摘 要】隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工程結(jié)構(gòu)也進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng)新，目前，全預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)在許多建設(shè)工程的施工得到應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、施工效率高等特點(diǎn)，但是，傳統(tǒng)的全預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)連接處的可靠性偏低，不利于在地震多發(fā)的地區(qū)應(yīng)用，針對(duì)該問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際工程施工中全預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)采用的各種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)常用的集中干式連接方法進(jìn)行改造，提出了新型全預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，本文就針對(duì)新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究。

【關(guān)鍵詞】新型；全預(yù)制；裝配式混凝土；框架節(jié)點(diǎn)

從當(dāng)前我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)工程的施工現(xiàn)狀來(lái)看，混凝土結(jié)構(gòu)主要可分為裝配式和現(xiàn)澆式，對(duì)于現(xiàn)澆式混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其主要具有抗震性強(qiáng)、整體性好的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有工藝復(fù)雜、工期長(zhǎng)、工程量大等缺點(diǎn)，而裝配式混凝土結(jié)構(gòu)恰好可以避免這些缺點(diǎn)，新型全預(yù)制混凝土技術(shù)是順應(yīng)當(dāng)代工業(yè)發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的建筑施工技術(shù)，其與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用效果也比較顯著。

一、新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)的受力性能分析

（一）新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造思路

在設(shè)計(jì)預(yù)制接頭構(gòu)造的時(shí)候，必須確保其能夠傳遞相關(guān)內(nèi)力和設(shè)計(jì)剪力，并符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度，對(duì)于裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其節(jié)點(diǎn)連接處傳遞的內(nèi)力包括軸力、剪力和彎矩，無(wú)論內(nèi)力來(lái)自于何處，梁頂?shù)募袅Χ急仨殏鬟f到柱子上，否則就很容易失效。然而，在一些地震多發(fā)區(qū)，通過(guò)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行合理構(gòu)造，就能將梁頂所承受的外力傳遞到梁柱節(jié)點(diǎn)的中心部位，從而消除彎矩，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)的全預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)在地震中很容易被破壞，因此，新開發(fā)的全預(yù)制裝配式框架的連接頭處更多地考慮塑性鉸設(shè)置，這種新型的連接形式不僅能滿足承載力的需求，同時(shí)也能大幅提升節(jié)點(diǎn)的抗震性能，這樣的節(jié)點(diǎn)連接形式對(duì)于震區(qū)來(lái)說(shuō)是比較適用的。根據(jù)目前常用的干式連接法和濕式連接法，并以全預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)作為參考，新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造思路主要有以下幾點(diǎn)：第一，框架結(jié)構(gòu)采用剛接的連接方式，形成強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，對(duì)于新型節(jié)點(diǎn)的連接來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇干式連接法。第二，將彎矩傳遞方向和剪力傳遞方向分開，保證內(nèi)力傳遞路徑的明確性。第三，在設(shè)置塑性鉸的時(shí)候應(yīng)采用延展性較好的鋼材，且必須確保塑性鉸與梁柱之間間隔一定的距離，這樣才能提高節(jié)點(diǎn)的可靠性。第四，應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)的連接方式進(jìn)行混凝土構(gòu)件的連接。

（二）全預(yù)制裝配式混凝土框架的干式連接

1、螺栓連接

螺栓連接是全預(yù)制裝配式混凝土框架干式連接的常用方法之一，采用螺栓連接的接頭具有安裝簡(jiǎn)單、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是，該方法對(duì)螺栓位置的準(zhǔn)確性要求較高，在運(yùn)輸和安裝的過(guò)程中必須做好相關(guān)的保護(hù)措施，避免螺栓表面出現(xiàn)損傷、變形等問(wèn)題，一旦出現(xiàn)螺栓孔或螺紋的損壞，其維修操作是比較復(fù)雜的，不僅會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，也會(huì)造成額外成本的投入，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，常常采用螺栓和牛腿組合連接的方法，這種組合型方法可以有效減小梁端的彎矩。

2、焊接連接

焊接連接的方法具有節(jié)省工期、施工效率高的特點(diǎn)，因?yàn)樵摲椒ㄔ谑┕み^(guò)程中不用進(jìn)行混凝土的澆筑，也不需要開展養(yǎng)護(hù)工作。但是該方法的缺點(diǎn)是抗震能力差，在地震的長(zhǎng)期荷載作用下很可能產(chǎn)生脆性損傷。若采用塑性鉸設(shè)置焊接接頭，則框架結(jié)構(gòu)的變形性能會(huì)明顯提升，在采用該連接方式進(jìn)行施工的過(guò)程中，必須最大限度減少焊接的殘留壓力，正確安排焊接施工順序。

3、鋼吊架式連接

鋼吊架式連接方法在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比較流行，它的明顯優(yōu)勢(shì)在于柱子模板施工簡(jiǎn)單、用鋼量小，同時(shí)，該方法對(duì)偏心荷載的作用比較明顯，能減小梁柱的扭曲程度，但是，該方法的施工程序比較復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量以及安裝位置的精確度要求較高，施工過(guò)程中需要用到的連接構(gòu)件也比較多，這就導(dǎo)致其承載能力偏低，對(duì)于荷載較大的混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)不適用。

4、牛腿連接

牛腿連接方法在干式連接中應(yīng)用得最廣泛，該連接方法采用的牛腿主要分為明牛腿和暗牛腿兩種，對(duì)于明牛腿來(lái)說(shuō)，其在單層和多層廠房中應(yīng)用比較多，因?yàn)檫@類廠房對(duì)建筑的美觀性要求并不高，但是對(duì)于一些商業(yè)用房或住宅小區(qū)建筑來(lái)說(shuō)，通常傾向于采用暗牛腿，因?yàn)榘蹬Ｍ炔粫?huì)影響到建筑視覺上的美感。一般來(lái)說(shuō)，暗牛腿主要可分為混凝土暗牛腿、型鋼暗牛腿等。兩種牛腿連接方式相比，明牛腿具有受力安全可靠、承載力大的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是不夠美觀。暗牛腿則具有不影響建筑美觀、利于外形構(gòu)造及設(shè)備使用的優(yōu)點(diǎn)，但是該連接方式的缺點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)性能的限制，會(huì)影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能和靜力性能的發(fā)揮。

二、新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)的承載力分析

（一）牛腿的承載力分析

對(duì)于鋼筋混凝土暗牛腿來(lái)說(shuō)，它能和梁相互配合，形成剛性連接，在缺口梁連接中，暗牛腿是重要的傳力構(gòu)件，它的性能好壞對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的豎向承載力具有直接影響，暗牛腿長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其在荷載作用下產(chǎn)生的彎矩就越大，若長(zhǎng)期處于復(fù)雜的受力狀態(tài)下，暗牛腿很容易產(chǎn)生斜拉破壞，最終導(dǎo)致其承載力降低。對(duì)于型鋼暗牛腿來(lái)說(shuō)，其承載力比混凝土暗牛腿的承載力要好得多，同時(shí)，它對(duì)預(yù)制梁抗剪能力的提高也具有一定的積極意義，型鋼暗牛腿的截面可采用角鋼、槽鋼、工字鋼等形式，施工方式的選擇也比較靈活。

（二）缺口梁的承載力分析

缺口梁端的應(yīng)力比較復(fù)雜，為了防止梁端產(chǎn)生斜裂縫，應(yīng)當(dāng)對(duì)缺口梁下部的水平受力鋼筋與裂縫相交處的部位進(jìn)行錨固，缺口梁外伸的長(zhǎng)度一般不能太小，至少應(yīng)為預(yù)制梁整體長(zhǎng)度的一半，若連接梁端的都為混凝土材料，則缺口梁的連接構(gòu)造可為梁高度的二分之一，梁上下部的鋼筋應(yīng)當(dāng)用封閉環(huán)筋進(jìn)行包裹。下部水平主筋應(yīng)與頂部的預(yù)埋鋼板焊接在一起。

三、新型全預(yù)制裝配式混凝土框架設(shè)計(jì)方法

（一）預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)

預(yù)制框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與其在豎向荷載作用下的受力計(jì)算息息相關(guān)，對(duì)于施工方法的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一般可分為一階段受力和二階段受力，在一階段受力下，框架的內(nèi)力計(jì)算與普通框架結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算基本相同，采用該施工方法，首先應(yīng)在預(yù)制梁下設(shè)置支撐，這樣就能將其所受荷載傳遞到梁下的支撐結(jié)構(gòu)。在二階段受力下，預(yù)制梁在施工過(guò)程中需要承受構(gòu)件自重以及外部荷載，采用該施工方法可避免在梁下設(shè)置支撐的施工工序，這樣既能起到降低梁端負(fù)彎矩的作用，同時(shí)也能促進(jìn)施工成本的節(jié)約，減少工程造價(jià)。

（二）節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)許多學(xué)者都致力于預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪機(jī)理研究，但是各學(xué)者的觀點(diǎn)都存在很大差異，當(dāng)前，比較常見的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)傳力機(jī)制主要包括約束機(jī)制、組合塊體機(jī)制、斜壓桿機(jī)制等。其中，斜壓桿機(jī)制比較適用于對(duì)裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力的分析，其節(jié)點(diǎn)抗剪承載能力主要依靠核心區(qū)的混凝土，在地震的作用下，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的水平和豎向剪力會(huì)出現(xiàn)正負(fù)循環(huán)交替變化，此時(shí)，每個(gè)斜向的壓力都會(huì)逐漸從零增加到最大值，然后再降低為零。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，新型全預(yù)制裝配式混凝土框架是工程建設(shè)中一種重要的結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制梁柱構(gòu)件是該框架結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)方面的研究還比較滯后，為了提高該框架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，我國(guó)還需積極學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的理論知識(shí)，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，提高新型全預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，這樣才能提高其應(yīng)用效果，促進(jìn)我國(guó)混凝土工程建設(shè)質(zhì)量的提升。

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