关键词：预制装配；混凝土；框架结构；抗震特性
前言
由于预应力装配式框架结构早期在抗震及预制构件连接等问题上研究不够深入，实际应用上存在一定的问题，导致在一段时期对装配式混凝土结构的发展造成了一定的影响。最近几年，伴随着社会经济的快速发展以及节能环保要求的不断提升，国内装配式结构相关的研究以及实际应用均取得了全面进展，很多科研工作者和科研单位在该领域进行了大量的理论及试验研究，并出现了一大批标杆工程。本文主要从装配式混凝土的结构类型与要求出发，以世构体系框架结构为研究切入点，对该类型结构的抗震特性进行了深入分析。
1装配式混凝土的结构类型与要求
就目前国内而言，国内外预制装配式混凝土结构形式可以分为三类，即预制装配式框架、预制装配式剪力墙、预制装配式框架-现浇剪力墙三类结构。承受竖向荷载的主要构件均可全部要求现浇、预制或预制与现浇结合。
装配式框架结构通常由预制柱、预制梁、预制楼板以及非承重墙板组成。因为预制混凝土框架在地震中易遭受破坏，因此，实际工程中的应用在很长一段时期止步不前，但是，美国统一建筑规范许可在高烈度地震区应用预制混凝土结构，这说明装配式框架结构在刚度、强度等方面经试验和分析可满足建筑结构结构的各种需求。装配框架结构体系承载力和变形等性能一致于现浇结构，而承重构件之间的节点，拼缝连接设计和施工均与现浇结构要求相同，所形成的结构体系在性能上应等同于现浇结构，同时具备基本一致的适用高度、抗震等级。
2框架结构形式及其特点
世构体系(scope)技术是国内某公司从国外引进的一类预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系，该体系为整浇节点的一次受力叠合框架，包括预制混凝土柱、预制预应力混凝土叠合梁、板等预制构件。
世构体系内的预制柱、预制预应力梁、板的生产一般会在合作预制厂内依照图纸施工，施工完毕将预制构件运到项目现场进行拼装，拼装工序完成后再完成后续的工序，如节点浇注、键槽等等。除了在预制厂内完成预制构件外，部分构件还可以现场进行浇注。自该体系引入国内后，被广泛地应用于商业、住宅等多类建筑工程中。
世构体系之所以特殊，是由于其节点构造的特殊性。世构体系的节点主要由三部分组成，键槽、U形钢筋和现浇混凝土。世构体系预制预应力混凝土梁下部纵向钢筋颗应力钢绞线在键槽即梁端的塑性铰区搭接连接。U形钢筋对节点的抗震性能有直接的影响，必须重视设计及施工过程。由于该体系结构由现场浇筑，在体系内属于一类强连接类型。
世构体系不仅施工简便，快捷，而且能减少构件截面，降低成本。总的来说，世构体系具有经济性、便捷性等特点。
3框架结构抗震能力分析
为了更为全面而深入的分析该体系的抗震性能，本研究组设计了一榻平面框架，通过面向对象语言设计的计算机程序对静力塑性 (pushover）进行了分析。
3.1模型建立
为深入分析，必须首先搭建简便而且有效的模型，本文采用opensee与塑性铰的梁柱单元模拟部位组成。
（1）纤维截面：纤维截面的组成主要为简单并且通用形状的片(path)。另外，截面能够使用层(Layer)确认截面配筋。后根据精度要求，细分个体纤维。图2为典型的纤维截面。
（2）含塑性铰的梁柱单元：此单元主要由单元两侧的塑性铰区与中间的线弹性部分组成。单元的塑性通常会集中出现在塑性铰区。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆针对框架梁，因为键槽部位的薄弱，所以塑性铰区的长度使用键槽的长度；针对框架柱，选取0.5h，h是弯矩作用方向柱所在的截面尺寸。
3. 2框架结构pushover分析
本文研究的主要目的是评估预制框架的抗震性能，由于本文选择的预制结构框架层数少，结构简单，且有均匀的刚度和质量，因此暂不考虑高阶振型所带来的负面影响。
建立好模型后，首先把竖向重力荷载添加在结构上，后分析框架的pushover。分析时，控制位移量，控制节点重点在中柱顶节点，加载步长通常是0.001m；对直到顶点位移达到0.25m进行分析；即当楼层位的移角是0.02时结束。研究确认结构的基底剪力项点位移关系曲线。
从上图可以看出，当荷载比较小时，位移曲线表现出线性变化，而当荷载量增加后，框架结构刚度急剧下降，并且下降的加速度逐渐减小。这主要是因为受到荷载影响后，钢筋屈服，而且还会在截面上受到一定的弯矩增量，整个结构还有较小量的正刚度，水平力仍然可以增加。如下图详细给出了框架结构塑性铰出现的先后顺序。
根据等能量原理，可以得出最大顶点位移在罕遇地震下的最大偏移量为0.105m。结构顶点的位移与目标位移重合时，梁端塑性铰出现，而柱端铰未出现，则恰好与设计目的相符。除此以外，最大顶点位移时，梁、柱端均会产生不大的塑性转角，但是通过对梁端加密箍筋的方式，可以很好的达到转角延性的要求。从图4可以看出，该结构为梁端耗能方式。可以看出，预制预应力混凝土装配整体式框架结构在通过科学合理的设计和施工后，抗震性能能达到满意的标准，可以很好地满足抗震设防的要求。
4结语
本文通过深入分析和研究一种预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系，并对涉及到得节点抗震性能进行详细地实验研究，得出了以下结论：
（1）经低周重复荷载作用，梁柱中节点试件开裂、压碎部位主要集中于键槽部位，而节点和混凝土柱全过程未被破坏。
（2）梁柱节点产生的滞回曲线饱满，有较为理想的节点耗能能力。
（3）预制预应力混凝土装配整体式框架结构经合理设计后，抗震性能较佳，基本可以满足抗震设防所必须的要求。
参考文献：
[1]丁红岩,马耀邦,张浦阳. 预制混凝土管柱柱脚节点抗震性能试验研究[J]. 工业建筑,2015,12:99-103.
[2]颜军,罗海艳,郎龑. 装配式框架结构节点研究现状与展望[J]. 混凝土与水泥制品,2016,01:75-79+84.
[3]吴函恒,周天华,吕晶. 钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板结构受力性能[J]. 东南大学学报(自然科学版),2016,01:118-125.
[4]罗莉婷,姜源,张红昌,于孟生. 预应力混凝土桥梁耐久性分析与养护对策[J]. 中国水运(下半月),2014,10:217-221+356.
[5]朱文心. 一种新型装配整体式柱接头抗震性能试验研究[J]. 科学技术与工程,2014,31:283-286.
[6]马琳皓. 预制装配式混凝土外墙施工技术[J]. 四川建筑科学研究,2014,05:330-332.
[7]范力,吕西林. 装配式预制混凝土框架结构地震反应分析[J]. 中国矿业大学学报,2011,04:544-548+555.
[8]缪俊. 预制装配式部分钢骨混凝土框架梁柱节点有限元分析[D].大连理工大学,2014.
[9]熊霞. 新型装配式框架组合节点抗震性能研究1[D].重庆大学,2014.
[10]刘冉冉. 预应力装配框架结构中节点抗震性能试验研究[D].华北理工大学,2015.
[11]范力. 装配式预制混凝土框架结构性能系数研究[J]. 土木工程学报,2010,S2:131-136.
[12]许庆虎. 装配式钢筋混凝土管型通道的应力状态分析[D].合肥工业大学,2012.
论文作者:刘志宇
论文发表刊物:《城镇建设》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
标签：混凝土论文; 框架结构论文; 节点论文; 塑性论文; 结构论文; 预应力论文; 体系论文; 《城镇建设》2020年3期论文;