裝配式結(jié)構(gòu)（以預(yù)制構(gòu)件為受力的混凝土結(jié)構(gòu)）
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裝配式結(jié)構(gòu)
以預(yù)制構(gòu)件為受力的混凝土結(jié)構(gòu)
裝配式結(jié)構(gòu)（prefabricated concrete structure）是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡稱，是以預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件經(jīng)裝配\連接而成的混凝土結(jié)構(gòu)。裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向之一，它有利于我國建筑工業(yè)化的發(fā)展，提高生產(chǎn)效率節(jié)約能源，發(fā)展綠色環(huán)保建筑，并且有利于提高和保證建筑工程質(zhì)量。與現(xiàn)澆施工工法相比，裝配式PC結(jié)構(gòu)有利于綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水和環(huán)境保護(hù)等要求，降低對環(huán)境的負(fù)面影響，包括降低噪音、防止揚塵、減少環(huán)境污染、清潔運輸、減少場地干擾、節(jié)約水、電、材料等資源和能源，遵循可持續(xù)發(fā)展的原則。
基本信息
| 中文名 | 裝配式結(jié)構(gòu) |
| 外文名 | prefabricated concrete structure |
| 別名 | 裝配式混凝土結(jié)構(gòu) |
| 類型 | 建筑結(jié)構(gòu)術(shù)語 |
| 性質(zhì) | 預(yù)制構(gòu)件為主要受力構(gòu)件 |
簡介
而且，裝配式結(jié)構(gòu)可以連續(xù)地按順序完成工程的多個或全部工序，從而減少進(jìn)場的工程機械種類和數(shù)量，消除工序銜接的停閑時間，實現(xiàn)立體交叉作業(yè)，減少施工人員，從而提高工效、降低物料消耗、減少環(huán)境污染，為綠色施工提供保障。另外，裝配式結(jié)構(gòu)在較大程度上減少建筑垃圾(約占城市垃圾總量的30%―40%)，如廢鋼筋、廢鐵絲、廢竹木材、廢棄混凝土等。
國內(nèi)外學(xué)者對裝配式RC結(jié)構(gòu)做了大量的研究工作，并開發(fā)了多種裝配式結(jié)構(gòu)形式，如無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式框架、混合連接裝配式混凝土框架、預(yù)制結(jié)構(gòu)鋼纖維高強混凝土框架、裝配整體式鋼骨混凝土框架等。由于我國對預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能認(rèn)識不足，導(dǎo)致預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的研究和工程應(yīng)用與國外先進(jìn)水平相比還有明顯差距，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的應(yīng)用受到限制，因此我國迫切需要展開對預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的系統(tǒng)研究。
抗震性能
按照美國NEHRP(National Earthquake Haz-ardsReduction Program)2000規(guī)范，預(yù)制混凝土框架連接可以分為等效現(xiàn)澆連接和裝配式連接，等效現(xiàn)澆連接要求達(dá)到或超過現(xiàn)澆混凝土連接的抗震性能，裝配式連接和現(xiàn)澆混凝土連接力學(xué)性能不同,NEHRP另行給出抗震規(guī)定。常用的等效現(xiàn)澆節(jié)點有后澆整體式和預(yù)應(yīng)力拼接式，常用的裝配式節(jié)點有焊接節(jié)點和螺栓連接節(jié)點。
裝配式結(jié)構(gòu)
1.1等效現(xiàn)澆節(jié)點
加利福尼亞大學(xué)Priestley對部分黏結(jié)預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點進(jìn)行了理論研究，他指出由于預(yù)應(yīng)力筋在節(jié)點內(nèi)和節(jié)點兩邊一定范圍內(nèi)不與混凝土發(fā)生黏結(jié)，因此在節(jié)點產(chǎn)生較大變形時預(yù)應(yīng)力筋仍可保持彈性。這種節(jié)點在大變形后強度和剛度的衰減及殘余變形都較小，節(jié)點復(fù)原能力強；由于預(yù)應(yīng)力的夾持約束作用，對節(jié)點區(qū)抗剪有利，可以減少節(jié)點區(qū)箍筋用量。Priestley進(jìn)行了8個無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點的低周反復(fù)加載試驗。試驗表明：節(jié)點最大層間變形可達(dá)2.8%~4%,殘余變形約為最大層間變形的2.2%;大變形時，由于梁柱界面處混凝土的塑性發(fā)展使節(jié)點剛度有所下降，但節(jié)點只有輕微損壞。與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點相比，預(yù)制混凝土無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點耗能較小，損傷、強度損失和殘余變形也較小。
1.2黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋拼接節(jié)點
2004年合肥工業(yè)大學(xué)柳柄康等進(jìn)行了兩榀預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁柱組合體的低周反復(fù)加載試驗，試件尺寸和配筋如圖1。試驗表明：由于牛腿的存在，反向加載時存在掀起效應(yīng)，正截面受彎承載力應(yīng)予以折減，梁端剪力摩擦作用能夠抵抗梁端剪力；預(yù)應(yīng)力的作用使得試件有很強的變形恢復(fù)能力，有利于震后修復(fù)。
2005年北京工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了6個混合連接裝配混凝土框架內(nèi)節(jié)點試件在低周反復(fù)荷載下的加載試驗，試件尺寸及配筋圖如圖2。試驗表明：混合連接裝配混凝土框架節(jié)點的耗能力與整體現(xiàn)澆混凝土節(jié)點相當(dāng)，而其延性和變形恢復(fù)能力則優(yōu)于整體現(xiàn)澆混凝土節(jié)點，其綜合抗震性能優(yōu)于整體現(xiàn)澆混凝土節(jié)點。
1.3 后澆整體式節(jié)點
1998年,Vasconez進(jìn)行了13個預(yù)制混凝土節(jié)點的反復(fù)加載試驗，這些節(jié)點包括9個鋼纖維混凝土節(jié)點、1個聚乙烯醇纖維混凝土節(jié)點和3個普通混凝土節(jié)點。試驗結(jié)果表明：鋼纖維比聚乙烯醇纖維對改善節(jié)點性能更為有效；采用后澆鋼纖維混凝土可以提高鋼筋與混凝土的黏結(jié)強度，有助于提高節(jié)點延性、推遲破壞發(fā)生，同時還可以提高節(jié)點抗剪強度；與普通后澆節(jié)點相比，鋼纖維混凝土節(jié)點的強度、耗能和變形能力分別增加約30%,35%,65%;使用3%體積含量的鋼纖維混凝土可以使節(jié)點區(qū)箍筋用量減少50%,并獲得更好的抗震性能。
2004年，同濟大學(xué)趙斌等對高強混凝土后澆整體式梁柱組合件和高強鋼纖維混凝土后澆整體式梁柱組合件在低周反復(fù)荷載作用下進(jìn)行試驗研究，試驗表明：預(yù)制高強混凝土結(jié)構(gòu)后澆整體式梁柱組合件與現(xiàn)澆高強混凝土結(jié)構(gòu)梁柱組合件具有相同的抗震能力，采用高強鋼纖維混凝土澆筑預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)后澆節(jié)點，可以減小節(jié)點區(qū)域箍筋用量，改善節(jié)點承載性能。
連接節(jié)點
2.1 螺栓連接節(jié)點
2004年，同濟大學(xué)趙斌等采用足尺模型對比試驗方法對現(xiàn)澆高強混凝土梁柱組合件、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)高強混凝土后澆整體式梁柱組合件和高強預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)全裝配式梁柱組合件在低周反復(fù)荷載作用下的試驗研究，全裝配式節(jié)點示意圖如圖3及4個試件的滯回曲線如圖4。試驗表明：全裝配式半剛性節(jié)點預(yù)制混凝土梁柱組合件由于其短梁接頭的加強作用，其承載力隨加載位移的增加持續(xù)增大，相同的極限加載位移，其極限承載力大于現(xiàn)澆高強混凝土梁柱組合件和預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)后澆整體式梁柱組合件，但由其滯回曲線可以看出它的耗能指標(biāo)總體小于現(xiàn)澆高強混凝土梁柱組合件和預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)后澆整體式梁柱組合件，建議采取必要措施，增加全裝配式半剛性節(jié)點的耗能能力。
整體性能
2005年，合肥工業(yè)大學(xué)柳柄康等對兩榀兩跨預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架進(jìn)行低周反復(fù)荷載作用下的試驗研究，框架尺寸和配筋見圖5。試驗表明：僅依賴預(yù)應(yīng)力筋抗彎的梁端截面，滯回曲線較為豐滿，具有良好的耗能能力；曲率延性系數(shù)達(dá)4時，截面承載力無明顯降低，可滿足彎矩調(diào)幅要求；卸載后殘余變形較小，截面屈服后仍具有變形恢復(fù)能力；對稱和反對稱兩種加載方式對跨中和梁端受力性能和延性無明顯影響，僅對中柱節(jié)點核心區(qū)受力狀態(tài)產(chǎn)生較大影響。
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