新型全预制装配式混凝土框架节点探讨

新型全预制装配式混凝土框架节点探讨

舒璐

【摘要】随着我国科学技术的进步，工程结构也进一步改进和创新，目前，全预制装配式混凝土框架结构已经在许多建设工程的施工得到应用，该结构具有环保、经济、施工效率高等特点，但是，传统的全预制装配式混凝土框架结构在节点连接处的可靠性偏低，不利于在地震多发的地区应用，针对该问题，结合实际工程施工中全预制装配式框架结构采用的各种连接方式的优缺点，对常用的集中干式连接方法进行改造，提出了新型全预制装配式混凝土框架结构，本文就针对新型全预制装配式混凝土框架节点进行了分析和研究。

【关键词】新型；全预制；装配式混凝土；框架节点

从当前我国混凝土结构工程的施工现状来看，混凝土结构主要可分为装配式和现浇式，对于现浇式混凝土结构来说，其主要具有抗震性强、整体性好的优点，但同时也具有工艺复杂、工期长、工程量大等缺点，而装配式混凝土结构恰好可以避免这些缺点，新型全预制混凝土技术是顺应当代工业发展而出现的一种新的建筑施工技术，其与传统技术相比具有明显优势，应用效果也比较显著。

一、新型全预制装配式混凝土框架节点的受力性能分析

（一）新型全预制装配式混凝土框架节点的构造思路

在设计预制接头构造的时候，必须确保其能够传递相关内力和设计剪力，并符合设计强度，对于装配式混凝土框架结构来说，其节点连接处传递的内力包括轴力、剪力和弯矩，无论内力来自于何处，梁顶的剪力都必须传递到柱子上，否则就很容易失效。然而，在一些地震多发区，通过对装配式混凝土结构框架进行合理构造，就能将梁顶所承受的外力传递到梁柱节点的中心部位，从而消除弯矩，根据实践经验，传统的全预制装配式混凝土框架结构在地震中很容易被破坏，因此，新开发的全预制装配式框架的连接头处更多地考虑塑性铰设置，这种新型的连接形式不仅能满足承载力的需求，同时也能大幅提升节点的抗震性能，这样的节点连接形式对于震区来说是比较适用的。根据目前常用的干式连接法和湿式连接法，并以全预制混凝土结构的特点作为参考，新型全预制装配式混凝土框架节点的构造思路主要有以下几点：第一，框架结构采用刚接的连接方式，形成强节点，对于新型节点的连接来说，应选择干式连接法。第二，将弯矩传递方向和剪力传递方向分开，保证内力传递路径的明确性。第三，在设置塑性铰的时候应采用延展性较好的钢材，且必须确保塑性铰与梁柱之间间隔一定的距离，这样才能提高节点的可靠性。第四，应采用钢结构的连接方式进行混凝土构件的连接。

（二）全预制装配式混凝土框架的干式连接

1、螺栓连接

螺栓连接是全预制装配式混凝土框架干式连接的常用方法之一，采用螺栓连接的接头具有安装简单、效率高的优点，但是，该方法对螺栓位置的准确性要求较高，在运输和安装的过程中必须做好相关的保护措施，避免螺栓表面出现损伤、变形等问题，一旦出现螺栓孔或螺纹的损坏，其维修操作是比较复杂的，不仅会浪费大量时间，也会造成额外成本的投入，在实际应用的过程中，常常采用螺栓和牛腿组合连接的方法，这种组合型方法可以有效减小梁端的弯矩。

2、焊接连接

焊接连接的方法具有节省工期、施工效率高的特点，因为该方法在施工过程中不用进行混凝土的浇筑，也不需要开展养护工作。但是该方法的缺点是抗震能力差，在地震的长期荷载作用下很可能产生脆性损伤。若采用塑性铰设置焊接接头，则框架结构的变形性能会明显提升，在采用该连接方式进行施工的过程中，必须最大限度减少焊接的残留压力，正确安排焊接施工顺序。

3、钢吊架式连接

钢吊架式连接方法在国外发达国家比较流行，它的明显优势在于柱子模板施工简单、用钢量小，同时，该方法对偏心荷载的作用比较明显，能减小梁柱的扭曲程度，但是，该方法的施工程序比较复杂，对施工质量以及安装位置的精确度要求较高，施工过程中需要用到的连接构件也比较多，这就导致其承载能力偏低，对于荷载较大的混凝土结构来说不适用。

4、牛腿连接

牛腿连接方法在干式连接中应用得最广泛，该连接方法采用的牛腿主要分为明牛腿和暗牛腿两种，对于明牛腿来说，其在单层和多层厂房中应用比较多，因为这类厂房对建筑的美观性要求并不高，但是对于一些商业用房或住宅小区建筑来说，通常倾向于采用暗牛腿，因为暗牛腿不会影响到建筑视觉上的美感。一般来说，暗牛腿主要可分为混凝土暗牛腿、型钢暗牛腿等。两种牛腿连接方式相比，明牛腿具有受力安全可靠、承载力大的优点，但其缺点是不够美观。暗牛腿则具有不影响建筑美观、利于外形构造及设备使用的优点，但是该连接方式的缺点是对结构性能的限制，会影响结构动力性能和静力性能的发挥。

二、新型全预制装配式混凝土框架节点的承载力分析

（一）牛腿的承载力分析

对于钢筋混凝土暗牛腿来说，它能和梁相互配合，形成刚性连接，在缺口梁连接中，暗牛腿是重要的传力构件，它的性能好坏对整个节点的竖向承载力具有直接影响，暗牛腿长度越长，其在荷载作用下产生的弯矩就越大，若长期处于复杂的受力状态下，暗牛腿很容易产生斜拉破坏，最终导致其承载力降低。对于型钢暗牛腿来说，其承载力比混凝土暗牛腿的承载力要好得多，同时，它对预制梁抗剪能力的提高也具有一定的积极意义，型钢暗牛腿的截面可采用角钢、槽钢、工字钢等形式，施工方式的选择也比较灵活。

（二）缺口梁的承载力分析

缺口梁端的应力比较复杂，为了防止梁端产生斜裂缝，应当对缺口梁下部的水平受力钢筋与裂缝相交处的部位进行锚固，缺口梁外伸的长度一般不能太小，至少应为预制梁整体长度的一半，若连接梁端的都为混凝土材料，则缺口梁的连接构造可为梁高度的二分之一，梁上下部的钢筋应当用封闭环筋进行包裹。下部水平主筋应与顶部的预埋钢板焊接在一起。

三、新型全预制装配式混凝土框架设计方法

（一）预制构件的设计

预制框架结构的设计与其在竖向荷载作用下的受力计算息息相关，对于施工方法的设计来说，一般可分为一阶段受力和二阶段受力，在一阶段受力下，框架的内力计算与普通框架结构的受力计算基本相同，采用该施工方法，首先应在预制梁下设置支撑，这样就能将其所受荷载传递到梁下的支撑结构。在二阶段受力下，预制梁在施工过程中需要承受构件自重以及外部荷载，采用该施工方法可避免在梁下设置支撑的施工工序，这样既能起到降低梁端负弯矩的作用，同时也能促进施工成本的节约，减少工程造价。

（二）节点核心区的抗剪设计

长期以来，我国许多学者都致力于预制装配式混凝土框架节点核心区的抗剪机理研究，但是各学者的观点都存在很大差异，当前，比较常见的节点核心区传力机制主要包括约束机制、组合块体机制、斜压杆机制等。其中，斜压杆机制比较适用于对装配式混凝土框架节点核心区受力的分析，其节点抗剪承载能力主要依靠核心区的混凝土，在地震的作用下，节点核心区的水平和竖向剪力会出现正负循环交替变化，此时，每个斜向的压力都会逐渐从零增加到最大值，然后再降低为零。

结语：

总而言之，新型全预制装配式混凝土框架是工程建设中一种重要的结构体系，预制梁柱构件是该框架结构中的关键组成部分，与国外发达国家相比，我国在装配式混凝土框架节点方面的研究还比较滞后，为了提高该框架结构的施工质量，我国还需积极学习国外先进的理论知识，并在实践中不断总结经验和教训，提高新型全预制装配式混凝土框架结构的设计质量，这样才能提高其应用效果，促进我国混凝土工程建设质量的提升。

参考文献：

[1]黄祥海.新型全预制装配式混凝土框架节点的研究[D].东南大学，2006.

[2]陈佳佳.新型预应力预制装配式混凝土框架节点试验研究[D].东南大学，2011.

[3]高晓亭.新型预应力预制装配式混凝土框架设计方法研究[D].东南大学，2012.