刘建鹏
上海闵衡建筑检测研究所有限公司 上海市 200000
摘要：伴随着我国建筑行业的快速发展，装配式建筑获得了更为广泛的关注。其中就混凝土结构而言，具有工期短、质量高、能耗低等优势，进一步顺应了建筑可持续发展战略目标。其中就装配式框架结构而言最为困难度的问题之一就是节点连接问题，特别是梁柱连接，其连接质量对装配式混凝土框架结构抗震性具有重要的影响。基于此，本文主要从装配式混凝土框架结构梁柱连接点抗震性进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。
关键词：装配式混凝土；框架结构；梁柱；连接抗震性能；综述
引言
当前，建筑产业化已然成为城镇发展的重要途径，其中装配式建筑混凝土结构质量直接影响到建筑产业化发展质量，而框架结构梁柱连接抗震性作为核心技术，需给予更多的关注。因此，加强装配式混凝土框架结构梁柱连接抗震性能分析尤为重要。
1装配式混凝土框架结构梁柱连接节点分析
混凝土框架结构已然成为当前装配式建筑应用最为广泛的结构形式，其中节点连接质量直接影响到工程建筑整体质量。所以，需给予更多的关注，在装配式混凝土框架结构梁柱连接当中，具体包含两种形式：（1）牛腿设计的装配式节点。与其他传统节点连接对比，牛腿设计的装配式节点具备较高的承载力。但在应用过程中，对建筑外观具有一定的影响，同时存在局压状况，导致混凝土局部压坏，导致节点承载力降低。（2）梁、柱预制，楼板、节点核心区现浇的节点连接方式。此连接形式，能够更好的提高建筑美观性，但在实施过程中存在施工困难，混凝土不容易充分振捣密实问题。
2装配式混凝土框架结构梁柱连接节点存在的问题
(1)节点区域连接并未转变以往钢筋混凝土结构构造，只是在原有节点位置利用螺栓进行连接或利用预埋钢构件完成节点连接，前者的连接进一步减弱了节点核心区域混凝土整体质量。而后者则进一步极大了钢材使用量，进一步增加了节点核心区域配筋率，同时梁柱节点核心区钢筋密集，进一步极大了混凝土浇筑振捣的困难性。(2)装配式框架节点通过螺栓连接时，因梁端剪力利用螺栓传递给核心区混凝土，与栓杆交接混凝土极易导致局部出现受压损害，同时传力可靠性在螺栓质量以及施工质量影响下，导致抗剪能力无法获得有效的把控。在核心区设置竖向钢板以及外围钢板桶进行连接，梁端剪力在传递给钢板桶，并利用钢板桶剪力传递给予核心区混凝土亦或竖向钢板存在一定的不确定性，同时外侧钢板筒对下柱外侧混凝土发生剪压作用，从而在一定程度上制约到荷载的传递。(3)当前预制梁为了更好的符合连接需求，大部分通过型钢混凝土，工字钢上下翼缘较宽，并具有纵向钢筋与箍筋，进一步极大了框架梁预制时混凝土浇筑振捣的难度，从而导致梁柱连接质量无法获得优秀的确保。(4)部分梁柱节点连接面常常位于柱的边缘，因此，进一步增加了安装拆除的难度的同时，进一步增加了承载力。同时装配式结构大多数集中在加大结构抗震性，而通过耗能减震技术增加结构抗震性工艺日益减少，若面对强震，则会导致结构出现损坏，并为后续使用代理诸多的难度。因此，为了有效的避免以上问题的发生需加强装配式混凝土框架结构梁柱连接抗震性能分析，从而更好的满足抗震性指标。
3抗震加固技术研究
地震作为一种自然灾害，以往因受到楼房数量以及规模的制约，其震害事例不多，同时受到建筑高度的影响，若出现地震则震害规模较小。当前，框架结构具有一定的抗震性，在地震影响下不容易受到破坏，但就当前发展状况而言，并未对其给予更多的关注。同时，因我国结构设计相当落后，框架梁、柱节点核心区钢筋过密，进一步增加了钢筋绑扎困难性，分析到钢筋之间的避让，箍筋间距、数量、绑扎质量等因素，无法给予更多的保证。除此之外受到人员素质的影响，在箍筋绑扎时极易出现漏绑状况。而框架节点核心区作为梁、柱内力传递节点，属于抗震性能薄弱区域，若地址出现，则此区域抗震构造存在一定的问题，为了更好的实现抗震性，需加强加固技术的进一步研究。
3.1工艺流程
在对装配式混凝土框架结构梁柱连接件地震加固时，操作流程主要保证一下几个方面：整体箍筋套制作→安装柱主筋→梁底柱箍筋安装→安装梁下部纵筋→整体箍筋套安装→安装梁上部纵筋、腰筋。
3.2施工方法
3.2.1整体箍筋套制作
在具体施工过程中，通过将四根长度一样的短钢筋头作为骨架，外部包裹不同间距相等的封闭筋束进行加工而成。整体箍筋套四角设置410竖向短钢筋头，其中长度需高于梁柱核心区域高度20cm，两侧两个钢筋头间距需依据柱截面边长，并保证其高于对应柱角筋间距，并与钢筋头距离10cm区域设置一束封闭箍筋，并将四根钢筋头包裹在封闭箍筋内部四个角，同时进行点焊作业。并将其作为骨架，将箍筋束交叉点焊接在骨架外部，将其开口位置完成焊接。箍筋套间距同箍筋加密区间距，骨架上下各预留10cm。
3.2.2安装柱箍筋套
将柱主筋、梁下部柱箍筋安装完成后，将梁下部纵筋插入柱头，进行固定操作，并将整体柱箍筋套沿柱主筋外侧套入，最低端封闭箍筋与梁底保持水平，并上下两端留置10cm，将钢筋头点焊在柱主筋上。
3.2.3梁上部纵筋及腰筋安装
整体柱箍筋套安装固定后，则将梁上部钢筋及腰筋进行安装作业。
3.3技术关键点
3.3.1箍筋弯钩制作
对钢筋加过时，需将其调直后进行下料，并依据柱截面尺寸、弯钩长度对下料程度进行确认，保证弯钩维持在135°。在抗震设计时，弯钩长度为10d（d为箍筋直径）以及75mm当中较大者；对非抗震设计时，弯钩长度为5d（d为箍筋直径）。制作时不仅需对钢筋保护层厚度给予有效的分析，还需对钢筋避让给予全方位的分析。
3.3.2箍筋与角筋骨架点焊
将箍筋套接在角筋（竖向短钢筋）外侧，通过电阻点焊的形式将其点焊于骨架上，所采用的焊材强度需高于母材强度等级，并通过专业焊接人员完成焊接作业。在这前期，需对焊接工艺试验件评定，只有符合要求后冯科进行正式焊接，同时保证焊缝饱满，避免焊接缺陷的发生。
4装配式混凝土框架结构梁柱连接抗震性能研究
4.1工程概况
本文工程位于我国西北地区，此建筑为混凝土框架结构，地上7层，主体高度为19.7m，抗震设防烈度为7度。通过对工程结构立面布置与主要构件截面分析，其结构为强柱弱梁体系，在设计过程中，梁柱节点处破坏形式为梁的极限抗弯破坏。
4.2有限元模拟
利用OpenSEES有限元平台搭建混凝土框架三维有限元非线性梁柱模型，而梁柱则通过纤维单元进行模拟，钢筋选用ＲeinforcingSteel材料，将其屈服强度设定为335MPa，极限强度为418MPa，弹性模量为210GPa。混凝土利用Concrere01材料，其中无约束混凝土极限强度为23.4MPa，极限应变为0.002，极限应变强度为20.73MPa，约束混凝土的极限强度为28.88MPa，极限应变为0.0086，极限应变强度为25.28MPa。梁柱节点通过刚性、柔性方案分别对梁柱节点力学性能给予科学的模拟。就刚性方案(如图1a)可知)将梁、柱共节点连接，柔性方案(如图1b)可知)释放节点竖向转动刚度，通过转动弹簧对此方向的运动给予合理的约束，转动弹簧并利用Hysteretic材料模拟，通过Park所提供的模型对本工程进行有效的模拟，详见图2。
图1 节点模型
图2 转动弹簧本构关系
4.3地震动选取
本文工程对三条近场地震动、三条远场地震动给予分析。选取的地震动标准主要包含以下两个方面：首先，对全面地震动震级需高于6.5级；其次，近场地震动断层距需不大于20km，远场地震动的断层距需不小于30km，在此过程中，需重视近场地震动当中并未选取包含脉冲效应地震动。其中如图3所示，为2组地震动加速度反应谱直接的对比，通过分析可知，所选择的地震动平均谱值改高于远场地震动平均谱值，在结构基本周期处谱值相差较大。
图3 选取地震动加速度反应谱
4.4非线性地震响应分析
通过非线性时程分析方法对刚性、柔性方案进行了有效的计算，主要对其地震相应进行计算，其中其结构周期分别为1.37s、1.80s。如图4所示，不同节点模拟方案在近场、远场地震动影响在的评价最大层间位移角具体分布状况。通过分析可知，不管是近场地震动亦或是远场地震动影响下，刚性方案层间位移角均小于柔性方案。在近场地震动影响下，刚性方案层间位移角最大缩小112%，而远场地震动影响在，刚性方案层间位移角与柔性方案对比最大减弱72%。因此，与刚性方案先比，柔性方案转动弹簧进一步加大了结构基本周期，进而增加了结构地震相应。因此，若不分析ＲC框架梁柱节点的刚度的前提下，若选择刚性方案，则会导致结构不安全性出血。除此之外，2种节点模式对近场地震动影响在层间位移角均高于远场地震动影响下的层间位移角。同时远场地震下，结构层间位移角都小于1%，说明结构并未受到明显的损害。而近场地震动影响下，结构层间位移角均高出1%-2%，则进一步体现出结构出现较大程度损害，更甚者会导致倒塌等事故的发生。远场地震动影响下，所有楼层最大层间位移角大致相同，而近场地震动影响下，柔性方案最大层间位移角发生在底部，刚性方案则发生在第四层。因此，近场地震动的反应谱在结构基本周期处显著高于远场地震动，所以，导致结构地震响应增大，导致结构共振，造成结构在近场地震动作用下更容易造成破坏。
4.5结论
通过分析研究能够发现，梁柱节点刚度对装配式混凝土框架结构的地震响应的影响极大，节点刚度越柔，则地震结构响应则越大。在结构抗震设计过程中，若梁柱节点进行刚性连接，则会导致结构安全性受到很大的影响。因此，在对装配式混凝土框架结构抗震设计过程中需全方位的探讨梁柱节点刚度。
图4 平均最大层间位移角分布图
5未来发展趋势
1新型预制装配式框架结构
为了更好的提升结构抗震性，需加强装配式混凝土框架结构的研究与创新。其中就新型预制装配式框架结构而言，梁端弯矩所导致的纵向钢筋拉力，利用与其处于同一水平面的上下横隔板传递至节点核心区。梁端剪力由高强腹板连接板承担，同时利用节点约束钢管传递给横隔板，再由横隔板传递到节点核心区混凝土，节点荷载传递路径明确，从而能够为受力分析提供必要的便利。新型节点在核心区外设置约束钢管，可以在很大程度上提升节点侧向约束，同时增强混凝土强度以及延性，真正的做到强节点、弱构件抗震设计。其中在节点连接过初中，需利用与小震表现为刚性行为。在中、大震影响下，因阻尼器利用低屈服钢，同时在内核单元的金属板截面完成相应长度的局部减弱。所以，需首先屈服，在框架梁上构成塑性铰能源的消耗，主体梁柱构件能够在位移水准的基础上避免任何损害。防屈曲翼缘金属板耗能阻尼器设置在距离梁柱连接节点根部一定距离，完成塑性铰从柱面外移继而降低对节点核心区域的损害，有效的防止节点失效，避免震后修复等工作的开展，只需更换防屈曲翼缘金属板耗能阻尼器。通过分析此节点连接具有诸多优势，主要体现在以下几个方面：(1)节点核心区骨架构造选用横向隔板，有效的确认节点荷载具体传递途径，从而为受力分析提供更多的条件。而梁端剪力则利用约束钢管传递给横隔板，并通过横隔板传递到节点核心区混凝土，进而价格荷载传递到柱子。(2)节点核心区混凝土内钢筋可利用穿筋套管完成约束，不需要配置箍筋，为节点制作以及混凝土浇筑创造良好的环境。(3)梁端预埋件需在原油混凝土梁配筋不变的状况下，实施混凝土浇筑，同时在梁内增加竖向钢板、提升梁端抗剪承载力，遵循“强剪弱弯”的标准。(4)利用被动耗能阻尼器。将其应用在装配式混凝土框架结构当中能够有效的避免结构失效，同时保证结构在安装耗能阻尼器处集中变形耗能，降低结构构件损害。(5)全预制装配式钢管约束框架节点与预制梁可利用螺栓连接，提高施工便利性，从而保证震后可修复以及更换。
结束语
总而言之，就装配式混凝土框架结构来说，梁柱接连节点区域需重视抗震性能，在节点连接过陈总，需重视传统节点连接缺点，在确保建筑整体美观的基础上，有效的提升节点连接的稳定性与有效性，同时在一定程度上增加节点连接区域抗震性研究，最大限度的保证建筑安全，为人们是生产财产安全提供必要的保证。
参考文献
[1]马维龙.新型预制装配式钢骨混凝土组合节点数值模拟研究[D].西安理工大学,2016.
[2]苗小燕.装配式混凝土框架结构新型梁柱型钢连接节点研究[D].北京建筑大学,2016.
[3]綦露.混合连接自复位混凝土框架结构弹塑性动力时程分析[D].重庆大学,2016.
[4]李争鹏.装配整体式钢筋混凝土结构抗震性能设计相关研究[D].华南理工大学,2016.
[5]陈俊.预制混凝土底层柱抗震性能试验研究与分析[D].湖南大学,2016.
[6]程万鹏.预制装配式部分钢骨混凝土框架结构抗震性能研究[D].大连理工大学,2015.
论文作者:刘建鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/14
标签：梁柱论文; 节点论文; 混凝土论文; 框架结构论文; 钢筋论文; 结构论文; 场地论文; 《防护工程》2018年第30期论文;