装配式混凝土结构抗震性能试验研究

张岩

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州 225000）

0 引言

在过去很多年时间里，现浇法是现代工程中最主要的施工手段，而对于这种施工方法，通常情况下会大量消耗施工材料，这与当今的趋势可持续发展理念格格不入，随着时代的发展，传统的施工技术已经不能适应当前建筑行业的发展，因此装配式技术也就应运而生。目前国内外的装配式建筑结构大多采用工厂制造构件与施工现场组装相结合的方式。相比早期的建筑，使用装配式结构的有利点在于质高价低、施工速度快、采用了环保、节约资源的新技术，能够有效地减少施工周期、增强施工安全性、降低人力需求、保障施工的质量、减少建筑产生的垃圾、降低建筑周期内能量的消耗、提升建筑工程的生态环境效益。因此，这种建筑结构形式在众多国家尤其是在发达国家及地区已经被广泛应用。然而，地震等外部荷载引发的渐进性倒塌等多重灾害，在整个建筑结构使用寿命期内，无疑给混凝土结构提出更高的技术要求。基于以上所述，如何能有效提高混凝土结构的抗震能力成了世界上广泛研究的课题。然而，对于常见的多层钢筋混凝土框架结构，已有的大量研究表明，地震以及连续倒塌作为两大主要的危害结构安全因素，因此梁柱节点的强度在装配式混凝土结构中的作用显得尤为重要。然而，与传统建筑相比，本试验所研究的装配式结构类型在地震安全性方面能否达到其安全水平还存在疑问，装配式建筑结构的抗震试验技术成为一种重要手段，对结构的安全性进行检测，具有十分广阔的前景，在具体的工程实践中具有重要的意义。

1 装配式混凝土抗震节点

1.1 含阻尼器节点

有关专家和科学家进行相关的研究和测试，预先制作有抗震节点的预制结构，然后在这些抗震节点上安装具有阻尼作用的构件。通常来说，具有减震性能的相关构件都是属于阻尼器。我们将建筑物大致分为两个种类：①预先安装了抗震元件；②没有预先安装抗震元件。经过试验，设置阻尼单元的节点刚度较好，且该部分结构相对稳定，在外力作用下不易变形或坍塌。相反，未安装的节点刚度明显降低，在外荷载作用下很容易损伤节点功率，比较用传统的铸造代替技术是预制构件中的节点，当然，在建筑高度相对较低的装配式结构中安装阻尼元件，不仅能够提高建筑物的抗震能力，还可以节省经济成本，达到可持续发展的目的。

1.2 装配式焊接节点

有研究表明，预制构件在建筑结构中节点起着较为重要的作用，是预制构件性能优良的基础。建筑节点如果出现损坏，预制建筑物的整体稳定性可能受到不利影响。大量数据表明，保证节点的可靠性，是预制件功能发挥的前提，因此预制焊接接头是预制施工技术的重要组成部分。方法是通常将建筑物的所有部分焊接为一个整体，便于形成节点。焊接技术在施工中属于常用应用技术，因此一定要注意相关技术的应用与施工的关系，仔细核实焊接工人的专业素养，以便让焊接工作逐步开展。

2 装配式混凝土剪力墙节点连接技术

以下是装配式混凝土剪力墙节点的概述。

2.1 结构性节点

结构性节点是指装配剪力墙的构件之间相互连接从而形成的一类节点，这种节点决定抗震的性能和试件的整体性能。结构节点有很多使用情况，一般使用情况下在预制的剪力墙竖向分布连接节点，在预制水平连接上分布的节点以及在预制连梁上连接的节点和预制楼板连接节点。

2.2 非结构性节点

一般来说，非结构性节点的使用是确保构件之间的可靠连接，主要用在非结构和主题构件的相互连接。在现行的施工规范中，可以按照构件尺寸大小进行分类。当体型较大、较重时，可以使构件钢筋伸出锚固在楼板现浇层之中；另一方面的体型较小而较轻时，可通过结构伸出的钢筋在相应位置预留孔道实现在孔道内连接。

3 预应力预制装配式混凝土框架结构抗震性能的试验研究

3.1 装配式整体式混凝土框架结构节点概述

预制整体式混凝土框架的结构由连接至固定连接件的钢筋和柱组成。梁和柱更容易调整，标准化和定型模数，更适合于标准化和生产。此外制造的整体式混凝土框架的空间将更加灵活，构件的样式也将多样化。现场进行高度机械化和高效的吊装这就解释了为什么可以说混凝土整体结构制造在建筑产业化进程中具有独特的优势。能够广泛地应用于学校、医院写字和办公楼等公共和民用建筑中。

到目前为止，根据我国的建筑业发展的趋势以及施工的具体经验和习惯来说，更合适推广使用这种叠合式连接装配整体混凝土框架，主要应用在预制空调和楼梯，也可以应用在预制梁柱和预制阳台板之间。

3.2 装配式混凝土框架结构节点的抗震性能研究

大量研究表明，预制结构倒塌的主要原因是构件之间的连接失效，因此预制构件的强度和刚度要适配；螺栓连接的整体性和刚度比较差，这种节点的较大的优势广泛体现在施工便捷性。除此之外，接头焊接的强度和现浇的强度基本上大体一致，因此，对于上述的内容，有必要对这种框架结构的连接形式以及节点进行深入的创新性研究，对提高结构的抗震性能具有特别重要的意义。

欧美以及亚洲的日本这些发达国家在20 世纪50—60 年代就开始了预制框架结构的研究，其抗震性能一直是研究的热点，在1996 年普列斯特利的研究结果表明：框架在作用力较小的地震下都位于弹性阶段，其性能与现浇结构相同；在大地震作用下，两种框架均处于弹性阶段的接头屈服，破坏的集中区域往往都处在螺栓处，这种结果会让结构的承载能力被削弱；对于这种节点在其产生屈服之前仍处于弹性状态，其主要表现为混凝土被压碎。

多数研究结果表明，预应力的拼接结构和装配整体结构在强度和刚度上与铸造结构接近，但能耗能力较低；另外，想要提升装配式钢筋混凝土框架的抗震性能，一般是从加强节点的抗震性能来入手的。

3.3 装配式钢筋混凝土结构的减震技术

装配式钢筋混凝土结构的减震技术，林宗凡列举出了非线性的节点与滑动摩擦的节点构造形式进行探索。研究指出，非线性的节点运动性能相对来说比较好，残余变形很小，总耗较低；在另一方面，传力摩擦滑动节点抗震能力更强，不影响性能；间接则不能确保节点抗震能力好，因而导致试件发生了破坏。周云则对新型减震耗能混凝土体系进行了较多次数的低周期而且反复的加载试验。实验结果表明，装配式梁柱的减震节点耗能效力较强，承载的能力以及移动性能得到了较为显著的改善。

综上所述，预制装配式钢筋混凝土结构领域减震大致有两类研究方向。其中阻尼的技术一般应用于装配式结构，研究结果表明，这种方法虽然能达到相应的减震效果，在进行验证时，应不予考虑结构装配的特性；所以在预制体系中，需要及时更换已经损坏的防屈伸支撑的耗能部件，并且增加预制结构中高抗侧以及耗能性的部件。另一种则是耗能的阻尼节点减震性能的使用，但在施工安装中比较复杂。