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?yàn)檠b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(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，包括降低噪音、防止揚(yáng)塵、減少環(huán)境污染、清潔運(yùn)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(gè)或全部工序，從而減少進(jìn)場的工程機(jī)械種類和數(shù)量，消除工序銜接的停閑時(shí)間，實(shí)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(duì)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(qiáng)混凝土框架、裝配整體式鋼骨混凝土框架等。由于我國對(duì)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能認(rèn)識(shí)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(duì)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(diǎn)有后澆整體式和預(yù)應(yīng)力拼接式，常用的裝配式節(jié)點(diǎn)有焊接節(jié)點(diǎn)和螺栓連接節(jié)點(diǎn)。
裝配式結(jié)構(gòu)
1.1等效現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)
加利福尼亞大學(xué)Priestley對(duì)部分黏結(jié)預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了理論研究，他指出由于預(yù)應(yīng)力筋在節(jié)點(diǎn)內(nèi)和節(jié)點(diǎn)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(diǎn)產(chǎn)生較大變形時(shí)預(yù)應(yīng)力筋仍可保持彈性。這種節(jié)點(diǎn)在大變形后強(qiáng)度和剛度的衰減及殘余變形都較小，節(jié)點(diǎn)復(fù)原能力強(qiáng)；由于預(yù)應(yīng)力的夾持約束作用，對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)抗剪有利，可以減少節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋用量。Priestley進(jìn)行了8個(gè)無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：節(jié)點(diǎn)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(shí)，由于梁柱界面處混凝土的塑性發(fā)展使節(jié)點(diǎn)剛度有所下降，但節(jié)點(diǎn)只有輕微損壞。與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)相比，預(yù)制混凝土無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點(diǎn)耗能較小，損傷、強(qiáng)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(diǎn)
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(yàn)，試件尺寸和配筋如圖1。試驗(yàn)表明：由于牛腿的存在，反向加載時(shí)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(qiáng)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(gè)混合連接裝配混凝土框架內(nèi)節(jié)點(diǎn)試件在低周反復(fù)荷載下的加載試驗(yàn)，試件尺寸及配筋圖如圖2。試驗(yàn)表明：混合連接裝配混凝土框架節(jié)點(diǎn)的耗能力與整體現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，其綜合抗震性能優(yōu)于整體現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)。
1.3 后澆整體式節(jié)點(diǎn)
1998年,Vasconez進(jìn)行了13個(gè)預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的反復(fù)加載試驗(yàn)，這些節(jié)點(diǎn)包括9個(gè)鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)、1個(gè)聚乙烯醇纖維混凝土節(jié)點(diǎn)和3個(gè)普通混凝土節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：鋼纖維比聚乙烯醇纖維對(duì)改善節(jié)點(diǎn)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(qiáng)度，有助于提高節(jié)點(diǎn)延性、推遲破壞發(fā)生，同時(shí)還可以提高節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度；與普通后澆節(jié)點(diǎn)相比，鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)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(diǎn)區(qū)箍筋用量減少50%,并獲得更好的抗震性能。
2004年，同濟(jì)大學(xué)趙斌等對(duì)高強(qiáng)混凝土后澆整體式梁柱組合件和高強(qiáng)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(yàn)研究，試驗(yàn)表明：預(yù)制高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)后澆整體式梁柱組合件與現(xiàn)澆高強(qiáng)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(qiáng)鋼纖維混凝土澆筑預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)后澆節(jié)點(diǎn)，可以減小節(jié)點(diǎn)區(qū)域箍筋用量，改善節(jié)點(diǎn)承載性能。
連接節(jié)點(diǎn)
2.1 螺栓連接節(jié)點(diǎn)
2004年，同濟(jì)大學(xué)趙斌等采用足尺模型對(duì)比試驗(yàn)方法對(duì)現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土梁柱組合件、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)高強(qiáng)混凝土后澆整體式梁柱組合件和高強(qiáng)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(yàn)研究，全裝配式節(jié)點(diǎn)示意圖如圖3及4個(gè)試件的滯回曲線如圖4。試驗(yàn)表明：全裝配式半剛性節(jié)點(diǎn)預(yù)制混凝土梁柱組合件由于其短梁接頭的加強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)的耗能能力。
整體性能
2005年，合肥工業(yè)大學(xué)柳柄康等對(duì)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(yàn)研究，框架尺寸和配筋見圖5。試驗(yàn)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(shí)，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(duì)稱和反對(duì)稱兩種加載方式對(duì)跨中和梁端受力性能和延性無明顯影響，僅對(duì)中柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力狀態(tài)產(chǎn)生較大影響。
2009年，北京工業(yè)大學(xué)韓建強(qiáng)等對(duì)一榀預(yù)應(yīng)力裝配式框架KJ2進(jìn)行水平低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)，為了保證KJ2梁端混凝土約束較好，對(duì)其框架梁端2倍梁高范圍進(jìn)行碳纖維布加固，并在梁的兩端均增設(shè)直徑為4mm的螺旋箍筋約束端部混凝土，提高裝配框架梁兩端混凝土的局部抗壓強(qiáng)度，制作完后的框架如圖6所示。試驗(yàn)表明：與現(xiàn)澆混凝土框架相比，預(yù)應(yīng)力裝配式框架的耗能能力要稍低于現(xiàn)澆框架，而其延性和變形恢復(fù)能力則優(yōu)于現(xiàn)澆混凝土框架。
2005年，同濟(jì)大學(xué)呂西林等對(duì)一個(gè)單層、單跨、三榀、采用橡膠墊螺栓連接梁柱節(jié)點(diǎn)的裝配式預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)1/2縮尺模型進(jìn)行擬動(dòng)力試驗(yàn)，梁柱、梁板節(jié)點(diǎn)詳圖如圖7。試驗(yàn)表明：此類裝配式預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能；采用橡膠墊螺栓連接的梁柱節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)中工作狀態(tài)良好，而采用焊接連接的板梁節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)中破壞嚴(yán)重；屋面板與梁的焊接節(jié)點(diǎn)是此類結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)。
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