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装配式混凝土框架柱连接节点研究进展汤兴夫

发表时间：2020/6/17 来源：《基层建设》2020年第4期作者：汤兴夫

[导读] 摘要：近些年，我国的建筑行业种类不断增加，其中，装配式混凝土结构由于质量可靠、生产效率高、抗震性能好，近年来在国内得到快速发展。

        浙江瑞华建设有限公司浙江杭州 311100
        摘要：近些年，我国的建筑行业种类不断增加，其中，装配式混凝土结构由于质量可靠、生产效率高、抗震性能好，近年来在国内得到快速发展。框架柱作为框架结构的重要受力构件，预制柱之间的连接节点则更是其关键部位，节点连接的受力可靠性将决定整体结构的抗震能力，节点连接的构造合理性将影响施工效率与质量。结合近年来国内外装配式混凝土框架柱连接节点领域的发展概况，从试验研究与数值模拟两方面进行总结，并分析了仍然存在的问题及未来发展方向，为我国装配式混凝土框架结构的发展提供参考。
        关键词：装配式；框架结构；柱节点；试验研究；数值模拟
        1引言
        装配式建筑具有工期短、节能减耗、降低环境污染等诸多优点，目前已经成为许多发达国家最重要的建筑形式。我国自20世纪就对装配式建筑施工技术进行研究，目前已形成了装配式体系。进入21世纪，国家高度重视建筑行业的绿色发展，装配式建筑的优势逐步显现。为了明确装配式建筑的定义，我国于2017年引进装配率的概念对装配式建筑进行等价划分，同时一些省市也结合各地装配式建筑的发展状况相继出台了地方装配式的评价标准。目前，装配式建筑存在整体性较差的缺点，尤其是连接节点，其是整个装配式建筑的薄弱环节，在荷载或者地震的作用下就会发生结构的倒塌或者损坏，这也是装配式建筑区分于现浇式建筑的重要一点。
        装配式结构的连接节点可以大致分为预应力拼接节点、后浇整体式连接节点、螺栓连接节点和焊接节点。
        1.1预应力拼接节点
        预应力拼接节点是将预应力筋从混凝土梁柱的预留孔洞中穿出，然后张拉预应力筋，并且将其锚固在预制梁和柱的侧边，最后在预留孔洞中灌入砂浆的方式将预制梁柱连接在一起的方式。这种连接节点通常具有较好的自恢复能力，因此在工程实际中常常和其他连接方式结合使用。研究了后张法预应力拼接节点对地震反应和延性的影响，其结果表明该连接节点有较好的抗震性能。
        1.2装配式混凝土框架柱节点湿式连接
        装配式混凝土框架柱湿式连接是指预制柱在节点处利用钢筋、型钢或者锚固时，又在结合部位后浇混凝土连接而成的节点方式。
        1.2.1榫式接头连接
        如图1所示，榫式接头连接是使上柱的下端变为榫头来承受荷载，安装上、下柱时，对外露的受力钢筋进行对齐，用剖口焊接，并设置一定数量的箍筋。待节点处后浇混凝土达到规定设计强度后，再吊装上层部件。

        图1榫式接头连接示意图
        结合传统的装配整体式混凝土框架柱的榫式接头提出了新的研究，选用钢管混凝土榫头替代传统的钢筋混凝土榫头，柱节点选用滚轧直螺纹套筒连接替代纵筋的冷挤压套筒连接，设计了6根框架柱进行低周反复水平荷载试验。试验研究表明，改进过的新型榫式柱受力可靠施工方便，可以逐步推广应用。提出一种新型预制柱榫式连接方式，即单齿混凝土核心与钢板环带连接预制柱。试验研究表明，这种新型预制柱可保证连接区域良好的变形性能，传力明确且抗剪性能较高。
        1.2.2浆锚接头连接
        如图2所示，浆锚接头连接是从预制上柱底部伸出四根纵向锚固钢筋，在预制下柱顶部留有四个深约350～700mm、孔径为锚固钢筋直径2.5～4倍的浆锚孔。安装上柱时，先清理完浆锚孔后灌入M40以上砂浆。然后在下柱顶部放置10mm厚的砂垫层，把上柱伸出的锚固钢筋插入浆锚孔内，使上、下柱连成一体。
        对10个预制钢筋混凝土浆锚插筋连接预制柱开展抗震性能试验，结果表明，浆锚插筋连接节点是一种可靠的连接方式，可供实际工程借鉴。
        设计4根浆锚搭接的装配式混凝土柱构件开展拟静力试验，研究浆锚搭接连接方式产生的缺陷对其抗震性能的影响程度。试验研究表明，浆锚搭接方式产生的缺陷对预制柱构件整体受力性能影响较大，导致装配式混凝土承载力下降明显。

        1.3螺栓连接
        螺栓连接是装配式混凝土结构的主要连接方式之一，是一种通过螺栓杆件及螺母将上、下层预制构件连接为整体的连接技术（见图3），它可应用于非抗震结构或低抗震设防烈度或多层建筑。螺栓连接施工操作简单便捷，然而其对预制构件的制作精度要求相对较高，对偏差、受污染和破损的容忍度较低。此外，螺栓连接处还容易出现应力集中的现象，因而它的应用受到了一定的限制。通过试验研究螺栓连接预制构件结合面的破坏过程和破坏形态，并分析螺栓连接预制构件结合面的受力机理。其研究结果显示，螺栓连接预制构件结合面直剪破坏模式基本相同，与螺杆接触处混凝土出现局压破坏，随着荷载的增大，试件表面混凝土剥落，螺杆受拉剪产生弯曲变形，增大连接螺栓直径可以有效地提高试件的承载力。对一种新型螺栓连接装配式剪力墙结构进行低周反复试验研究，结果发现螺栓连接装配式剪力墙结构的滞回曲线相较于现浇剪力墙更加饱满,耗能能力较好。
        2连接节点对比分析
        预应力拼接节点和后浇整体式节点的连接强度较高，可以明显地提高装配式框架的变形能力和延性，但是这两种连接节点的施工工序复杂，并且需要时间养护，影响工作效率，同时预应力拼接节点的耗能能力也要优于现浇节点。而后浇整体式连接节点的连接强度和延性与现浇节点类似，并且具有良好的抗震性能，但是在构件发生破坏后，刚度会迅速下降，耗能能力也不如现浇节点。
        焊接连接节点和螺栓连接节点的整体较差，在短时间内可以达到较高的强度，缩减工期。焊接连接节点的极限抗压强度低于现浇节点，耗能能力较差，但是它的延性却由于现浇节点。螺栓连接节点施工方便，适应性较好，因此在装配式建筑中被广泛应用，但是螺栓连接节点的延性不如现浇节点。在预制过程中螺栓连接对预留栓孔的位置要求精确，因此需要良好的施工工艺。
        结语
        （1）目前常用的几种连接方式中，预应力拼装节点和后浇整体式节点施工复杂，远没有装配式节点便捷，而焊接节点的施工受到周围环境和天气等因素的影响，因此螺栓连接方式更适合装配式建筑，但是螺栓连接的变形能力和延性不如现浇节点是目前需要解决的问题。（2）从目前的学者研究的方向来看，装配式混凝土梁柱连接节点的研究较多，缺乏对板墙连接方式的研究，所以应深入对板墙连接方式进行研究。（3）从装配式的多种连接方式来看，都有各自的优缺点，所以应该采用多种连接方式相结合的方式，扬长避短，发挥连接方式的优势。
        参考文献
        [1]孙艳丽,刘娟,夏宝晖,等.预制装配式建筑物化阶段碳排放评价研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2018,34(5):881-888.
        [2]周德恒,李爱群,贾洪,等.预制钢筋混凝土框架结构抗震性能研究进展(Ⅰ)—节点性能研究[J].工业建筑,2014,44(6):95-100+121.
        [3]侯全胜,侯和涛,李然,等.螺栓连接预制构件结合面直剪性能试验研究[J].建筑结构,2019,49(11):43-47+61.